量子弱磁场检测仪

地球周围有巨大的地磁防护罩，保护人类和其他生物免受太空射线的伤害。　　一项最新地球研究报告说，地球磁场不仅正在减弱，而且出现裂缝，因此包括人类在内的生命随时会受到高能量宇宙射线的威胁。　　据物理学网站近日报导，印度科学家使用世界最敏感、最大型的宇宙射线检测仪器于近期观察到地球磁场出现裂缝。　　科学家在《物理评论快报》(Physics Review Letter)上指出，因为地磁出现裂缝，所以日冕喷发的巨大等离子能量束冲击地球磁层，引发地磁风暴。　　地磁裂缝　　这种检测仪器为GRAPES-3 介子望远镜，位于印度乌提(Ooty)的塔塔基础研究院(TIFR)宇宙射线实验室。2015年6月22日，该实验室记录到时间长达2小时的200亿电子伏特(20GeV) 高能量太空粒子束，以每小时250万公里的速度撞击地球，造成很多距北极较近的国家地区出现无线电信号中断。　　当时，天空出现绚丽多彩的北极光。科学家说，这是因为地磁遭受那种极高速粒子的冲压而产生磁暴的结果。　　而这种磁暴的根本原因是近年强度不断减弱的磁场发生重新联接时出现一种磁场裂缝。　　报导说，地球磁场是一种人肉眼看不见的无形保护层，减少我们受宇宙射线的威胁。而这个巨大的防护罩近年来出现明显的变化，因此那些潜在的太空威胁问题变得越来越突出。　　地磁分布变化　　澳洲Science Alert科技新闻网曾于5月11日报导，科学家注意到，地球磁场保护层已经出现非常明显的变化，如地磁北极发生了偏移。　　地球磁场强度近年来一直在减弱，目前地球磁场强度以每10年下降5%的速度减弱，而且减弱速度比以前快10倍。而且地磁的分布特点出现改变，即地磁在某些地区增强，在某些地区减弱。　　欧洲空间局(ESA)在5月初布拉格召开的“生命地球研讨会”(The Living Planet Symposium )上报告，地磁北极正快速地朝向亚洲东方偏移。　　该报告指出，自1999年以来，地球磁场强度在北美上空减弱3.5%，而在亚洲增强2%。大西洋南部的南美地区，地磁强度异常减弱2%，而且近7年来其减弱趋势一直朝着西部方向发展。　　与人类未来有关　　科学家推测，地球磁场强度不断减弱的最终结果是地磁两极倒转，造成宇宙射线强烈照射地球，包括人在内的生物因此遭受毁灭性灾难。科学家估计，这种地磁倒转的灾难会每10万年发生一次。　　报导说，这种研究结果听起来很可怕。但是实际情况可能不是想像的那么糟糕。欧洲空间局地磁观测项目经理鲁尼弗莱博哈根(Rune Floberghagen)于2014年7月曾解释：“这种磁极突然倒转不是瞬间出现，而是在几千年或者几百年的时间内发生。这种现象在过去的历史发生过许多次。”　　而且2014年7月，加州大学等机构于英国皇家《国际地球物理研究杂志》(Geophysical Journal International )发表报告认为，78.6万年前的地球磁场活动曾在6000年内一直处于不稳定状态，最后在100年间发生磁场两极倒转。　　加州大学伯克利分校的研究者考特妮斯普莱恩(Courtney Sprain)说：“我们很惊讶，当时地球磁场的两极倒转速度很快。”　　科学家根据目前的地磁减弱情况推测地磁南北极会在今后几千年间突然发生倒转。　　伯克利分校的地质年代学中心主任保罗瑞尼(Paul Renne)教授表示，虽然尚不清楚将在何时突然发生下一次的地球磁场倒转，但人们需要多思考一旦发生后人类会遭受什么。

p　　量子技术为电子元件小型化开辟了新的途径。近日，德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)和马普固体研究所发布消息称，其科研人员共同研发出一种量子传感器，未来可用于测量微磁场，如硬盘磁场和人脑电波。/pp　　集成电路越来越复杂，目前一台奔腾处理器可容纳约3000万个晶体管，因而硬盘的磁性结构可识别的范围仅为10至20纳米，比直径为80至120纳米的流感病毒还小，该量级的尺寸规格只有量子物理技术可触及。新研发的量子传感器则可精确测量这类用在未来硬盘上的微小磁场。新型量子传感器仅有氮原子的大小，作为载体物质的是一种人造金刚石。金刚石具有很好的机械和化学稳定性以及超强的导热性能，可通过引入硼、磷等外来原子，将晶体制成半导体，且非常适用于光学电路。/pp　　IAF的研究人员在近几十年中研制并优化出用于生产金刚石的设备，一种专用的椭圆形等离子体反应堆模具。在800-900摄氏度的高温下，在金刚石底物上从导入甲烷气和氢气中可长出金刚石层，再将边长3-8mm的晶体从底物剥离并抛光，最后制造出具备量子物理用途的、仅含碳原子稳定同位素C12的超纯单晶金刚石晶体。所用的甲烷气经锆过滤器净化，氢气经其它手段净化。/pp　　研究人员制做磁场检测器有两种途径：直接植入单个氮原子，或在制造金刚石的最后一步加入氮。之后，在超净室内采用氧等离子体蚀刻法均可制作出类似于原子力显微镜的纤细金刚石尖。关键点是导入的氮原子以及晶格中的相邻空位。该氮空位中心就是实际的传感器，用激光和微波照射时会发光，发出的光可随附近磁场的强度变化而变化。专家们将这项创新与光学探测磁共振(ODMR)相提并论。/pp　　这种传感器不仅能准确检测到纳米级的磁场，还能确定其强度，应用潜力惊人。例如，可监控硬盘质量，检测出密集存储数据中的小错误和发现有缺陷的数据片段，在刻写和读取前即将其去除。因此，可减少随着小型化的加速而迅速增加的废料，降低生产成本。IAF的专家称，这种量子传感器还可用于测量很多微弱磁场，包括脑电波。与目前使用的脑电波传感器相比，不仅更准确，而且在室温下即可使用，无需经液氮冷却。/p

我国首台自主研发的量子磁力仪载荷——“CPT原子磁场精密测量系统”于7月27日搭载空间新技术试验卫星（SATech-01）发射。11月7日，国产量子磁力仪载荷的无磁伸展臂在轨展开，载荷进入在轨长期工作阶段，目前已获取五天的有效探测数据，实现了全球磁场测量，推进了我国量子磁力仪的空间应用研究。CPT原子磁场精密测量系统由CPT原子/量子磁力仪、AMR磁阻磁力仪、NST星敏感器、无磁伸展臂组成，由中国科学院国家空间科学中心太阳活动和空间天气重点实验室、复杂航天系统与电子信息技术重点实验室，以及中科院沈阳自动化研究所联合研制。无磁伸展臂一次性展开至4.35m后，处于伸展臂顶端的CPT原子磁力仪探头、AMR磁阻磁力仪探头、NST星敏感器远离卫星磁干扰和遮挡，开始获取有效探测数据。CPT原子/量子磁力仪在轨测量噪声峰峰值0.1nT。NST星敏感器获取了卫星在不同模式、不同时段下伸展臂的姿态变化实时数据，结合AMR磁阻磁力仪的三轴磁场探测，首次在轨验证了磁场矢量和姿态一体化同步探测技术。国产量子磁力仪首次全球磁场勘测图（空间中心太阳活动与空间天气重点实验室供图）CPT原子磁场精密测量系统载荷（空间中心、沈阳自动化所供图）无磁伸展臂地面展开测试（沈阳自动化所、空间中心和微小卫星研究院供图）CPT原子磁场精密测量系统伸展臂在轨展开状态示意图（微小卫星研究院供图）CPT原子磁力仪和AMR磁阻磁力仪在轨测量结果（空间中心供图）NST星敏感器相对于卫星本体坐标系的测试结果（空间中心、中科新伦琴NST星敏团队提供供图）

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队

单个二维层之间的弱范德华（vdW）相互作用为探索二维准粒子行为提供了一个特有的平台。特别是通过堆叠具有精确角度取向的两个单层，可以创建莫尔系统。高磁场中激子/库伯对/极化激元等准粒子的磁相互作用揭示了隐藏的物理机制，加速了磁电、光电子和量子光子器件的进一步应用发展。这些物理机制的研究通常需要进行低温量子通信测试及磁光光谱测试等。德国attocube公司研发的低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY系统可有效结合矢量磁体、低温物镜（LT-APO）和attoAFMI，且具有无液氦、超低振动、超高温度稳定性等优异的性能，已成为低温低维材料研究的有力工具。量子通信的平坦地带单光子是应用于光子量子信息的重要资源。迄今为止探索的许多量子发射器平台中，新兴的二维材料系统有可能成为工程量子光源的低成本和可扩展平台。近期，TobiasHeindel小组（德国柏林理工大学）与ChristianSchneider小组（德国卡尔冯奥西茨基大学）合作发表了一项研究，该研究对基于WSe2单层的单光子源在量子安全通信中的部署进行了基准测试。在他们的量子密钥分布实验中，全自动操控的attoDRY800桌面式光学低温恒温系统为原子层薄的量子光源低温操作提供了一个可靠的平台。研究发现二维材料适用于量子密钥分发，其性能很容易与其他材料平台竞争[1]。图1：WSe2单光子源与以前的量子密钥分布实验结果对比。黑色曲线（实线）显示基于WSe2的源通过时间滤波进行优化的情况下的预期性能。范德瓦尔材料的多铁性多铁性材料中铁磁性和铁电有序的共存使这些材料有望成为下一代存储器件的候选材料。由多个中国课题组合作研究了范德华（vdW）多铁性CuCrP2S6材料，并在其中发现了具有相同易轴的平面内电各向异性和磁各向异性。中国人民大学的程志海教授课题组利用attoDRY2100全自动低震动无液氦磁体系统内部具有压电响应显微镜（PFM）的attoAFMI显微镜进行了PFM测量，表明平面外电偶极子来源于反铁电畴壁。研究发现可以通过电场、磁场和温度操纵CuCrP2S6中的磁振子[2]，证明范德瓦尔多铁性材料在低功耗和高密度非易失性存储器中的应用潜力。图2：通过PFM在T=2K下获得的CuCrP2S6晶体块的相位-电压磁滞回线。莫尔超晶格中的激子极化激元光学指纹二维莫尔材料为研究强相关电子态提供了一个高度可调谐的平台。这种涌现的多体现象可以在通过堆叠两层过渡金属二硫族化合物半导体产生的莫尔条纹系统中进行光学探测：光学注入的激子可以与占据窄莫尔能带的流动载流子相互作用，形成对强相关性敏感的激子极化激元。BrianGerardot（英国赫瑞-瓦特大学）的小组研究了由莫尔超晶格局域化的费米海修饰的激子的行为。使用attoDRY1000-低震动无液氦磁体系统进行变温磁光光谱测量，确定了在强相关电子态的情况下激子极化子的性质，并揭示了MoSe2/WSe2平台的丰富潜力，用于研究费米-哈伯德和玻色-哈伯德物理。图3：MoSe2/WSe2二维莫尔材料中，5T外置磁场下的偏置电压调控光学信号的变化。无液氦低温强磁场CFM/AFM/Raman显微镜主要技术特点：☛ 闭路可循环系统，无需液氦☛ 独特设计，超低震动（0.12nmRMS）☛ 温度范围：1.7K-300K☛ 磁场强度：9T,12T,9/3T，9/1/1T矢量磁体☛ 多功能测量平台：RAMAN/AFM/MFM/PFM/ct-AFM/CFM☛ 超高温度稳定性：☛ 顶部进样，温度与磁场全自动控制，触摸屏控制☛ 应用范围：量子光学、二维材料光谱、拉曼/光致发光/光电流、磁畴成像图4.无液氦低温强磁场CFM/AFM/Raman显微镜参考文献：[1]TimmGAOetal.,Atomically-thinsingle-photonsourcesforquantumcommunication.npj2DMaterialsandApplications(2023)4.[2]XiaoleiWangetal.,ElectricalandmagneticanisotropiesinvanderWaalsmultiferroicCuCrP2S6.NatureCommunications,(2023)14:840.[3]BrianD.Gerardotetal.,Exciton-polaronsinthepresenceofstronglycorrelatedelectronicstatesinaMoSe2/WSe2moirésuperlattice.npj2DMaterialsandApplications(2022)79.相关产品：低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY

新研究进展今年8月，美国加州大学圣迭戈分校（UC San Diego）R. D. Averitt课题组在量子材料调控方面取得了重要进展。该研究工作利用超全开放强磁场低温光学研究平台所搭建的测量系统，通过低温磁场环境下的超快泵浦测量详细研究了GdTiO3钙钛矿材料在光激发下自旋与晶格相互作用以及磁性变化在不同时间尺度上的各种演化机制。这对于可应用于量子信息领域的钙钛矿类量子材料实现超快的量子调控十分重要。相关研究成果以“铁磁缘体GdTiO3中相干声子模的磁弹性耦合（Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3）”为题，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。测量设备与光路示意图（图片来源于R. D. Averitt教授关于本工作的公开报告）GdTiO3材料不同温度下的反射率泵浦测量，(a)反射率随时间的变化；(b)峰值反射率随温度变化；(c) 反射率在不同时间段的演变机制GdTiO3在钙钛矿材料相图中处于铁磁-反铁磁的边缘区域，在基态时Gd磁晶格与Ti磁晶格成反铁磁耦合排列，材料表现出亚铁磁性，同时材料还是莫特-哈伯德缘体和轨道有序态。该研究工作在不同温度和不同磁场环境下对GdTiO3材料进行了时间分辨的反射率和磁光克尔测量。材料的反射率和克尔转角在飞秒、皮秒时间尺度上表现出了多种演化机制。针对在皮秒量上的自旋-晶格相互作用机制，通过采用660 nm对应于Ti 3d-3d 轨道Mott-Hubbard带隙的光激发，对所得MOKE信号的分析可以得出，光激发先扰乱了Ti离子磁晶格的排布，减弱了与Gd磁晶格的反铁磁耦合，使得材料的净磁矩增加。进而光激发所产生的热效应逐渐影响Gd磁晶格的稳定性使得材料的净磁矩减少。另外，实验观察到MOKE和反射率测量在皮秒尺度上都有相干振荡，且随着时间发生明显的红移。该振荡对应于光激发在材料中产生的应力波（相干声子）。通过分析得出，该应力波与材料的磁性也有密切的对应关系，表明通过声子与磁性的耦合来直接调控磁性也具有很大的可行性。不同温度、不同磁场下时间分辨MOKE测量观察到的GdTiO3材料磁性的演变(a)光激发后磁矩演化的原理示意图；(b) 时间分辨MOKE测量观察到的相干振荡该研究通过在变温变磁场条件下的时间分辨测量，清楚的观测到了GdTiO3在微观时间尺度上的磁性变化，通过分析详细解释了磁性演化的内在机制。这对于钙钛矿类量子材料的应用具有十分重大的意义。作为上早期就使用超强磁场低温光学研究平台--OptiCool的用户，R. D. Averitt教授利用OptiCool超高的温度稳定性、超低震动、强磁场、多窗口等特点设计了功能强大的光学测量系统，这对于该研究工作起到了决定性作用。我们期待超强磁场低温光学研究平台的用户能够取得更多科研成果。 设备信息OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，2019年正式向美国以外市场销售，目前中国已经销售5套。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制可实现一键变温、一键变场；避震、控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool可以满足低温、磁场、电学、光学对材料的多维调控，这将是量子材料研究的优选方案。 参考文献：[1].D.J.Lovinger, E.Zoghlin, P.Kissin, G.Ahn, K.Ahadi, P.Kim, M.Poore, S.Stemmer, S.J.Moon, S.D.Wilson, R.D.Averitt, Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3, PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).

据中科院国家空间科学中心发布消息，我国首台自主研发的量子磁力仪载荷——“CPT原子磁场精密测量系统”于7月27日搭载空间新技术试验卫星(SATech-01)成功发射。11月7日，国产量子磁力仪载荷的空间无磁伸展臂在轨成功展开，载荷进入在轨长期工作阶段，目前已经获取了五天的有效探测数据，成功实现了全球磁场测量。 　　国产量子磁力仪载荷的空间无磁伸展臂由中国科学院沈阳自动化研究所研发。无磁伸展臂入轨后于7月28日完成了锁紧机构解锁，在舱外暴露环境下储存3个多月后，成功实现了一次性展开，遥测数据表明各项指标满足设计要求。 　　空间无磁伸展臂采用电机驱动，收拢长度为0.95米，展开长度为5.3米，具有展收比大、展开姿态平稳、展开过程可控等优点，在空间机械臂、大型可展开天线、深空探测等领域具有广泛的应用前景。此次任务的成功为后期大型空间伸展臂的研制奠定了基础。(空间自动化技术研究室、工程项目处)CPT原子磁场精密测量系统收拢状态 　　(沈阳自动化所和国家空间科学中心供图)空间无磁伸展臂在轨展开过程中整星惯性角速度变化 　　(沈阳自动化所和微小卫星创新研究院供图)

一、扭曲二维材料磁性体系中的磁畴和莫尔磁性的直接可视化（Science）扭曲非磁性二维材料形成的莫尔超晶格是研究奇异相关态和拓扑态的高度可调控系统。近些年来在旋转石墨烯等多种二维材料中都观察到了很多奇异的性质。有鉴于此，来自华盛顿大学的许晓栋教授课题组报道了在小角度扭曲的二维CrI3中出现的磁性纹理。原文图1，层堆叠依赖的磁性和扭曲双层CrI3的磁光测量作者利用基于NV色心的量子磁强计直接可视化测量了纳米尺度的磁畴和周期图案，这是莫尔磁性的典型特征。该篇文章中研究者利用MOKE和RMCD（反射磁圆二色性）对样品的磁性进行了精细的测量。研究表明，在扭曲的双分子层CrI3中反铁磁(AFM)和铁磁(FM)域共存，具有类似无序的空间模式。在扭曲三层CrI3中具有周期性图案的AFM和FM畴，这与计算得到的CrI3莫尔超晶格中层间交换相互作用产生的空间磁结构相一致。本文的研究结果表明莫尔磁性超晶格可以作为探索纳米磁性的研究平台。原文图3，双三层扭曲CrI3的磁光和NV磁强计扫描测量图该研究工作中对扭曲CrI3的MOKE和RMCD测量中使用了基于超全开放强磁场低温光学研究平台OptiCool的低温磁光测量系统。OptiCool具有多个窗口，超低震动，1.7K-350K超大控温区间等诸多优点可以满足这种高精度的低温强磁场光学测量。二、铁磁缘体GdTiO3中相干声子模的磁弹性耦合（PHYSICAL REVIEW B）2020年8月，美国加州大学圣迭戈分校（UC San Diego）R. D. Averitt课题组在量子材料调控方面取得了重要进展。该研究工作利用超全开放强磁场低温光学研究平台 Opticool所搭建的测量系统，通过低温磁场环境下的超快泵浦测量详细研究了GdTiO3钙钛矿材料在光激发下自旋与晶格相互作用以及磁性变化在不同时间尺度上的各种演化机制。这对于可应用于量子信息领域的钙钛矿类量子材料实现超快的量子调控十分重要。相关研究成果以 “Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3” 为题，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。GdTiO3材料不同温度下的反射率泵浦测量，(a)反射率随时间的变化；(b)峰值反射率随温度变化；(c) 反射率在不同时间段的演变机制不同温度、不同磁场下时间分辨MOKE测量观察到的GdTiO3材料磁性的演变GdTiO3在钙钛矿材料相图中处于铁磁-反铁磁的边缘区域，在基态时Gd磁晶格与Ti磁晶格成反铁磁耦合排列，材料表现出亚铁磁性，同时材料还是莫特-哈伯德缘体和轨道有序态。该研究工作在不同温度和不同磁场环境下对GdTiO3材料进行了时间分辨的反射率和磁光克尔测量。材料的反射率和科尔转角在飞秒、皮秒时间尺度上表现出了多种演化机制。针对在皮秒量上的自旋-晶格相互作用机制，通过采用660 nm对应于Ti 3d-3d 轨道Mott-Hubbard带隙的光激发，对所得MOKE信号的分析可以得出，光激发先扰乱了Ti离子磁晶格的排布，减弱了与Gd磁晶格的抵消作用，使得材料的净磁矩增加。进而光激发所产生的热效应逐渐影响Gd磁晶格的稳定性使得材料的净磁矩减少。另外，实验观察到MOKE和反射率测量在皮秒尺度上都有相干振荡，且随着时间发生明显的红移。该振荡对应于光激发在材料中产生的应力波（相干声子）。通过分析，该应力波与材料的磁性也有密切的对应关系，表明通过声子与磁性的耦合来直接调控磁性也具有很大的可行性。时间分辨MOKE测量系统图片和光路示意图三、为什么OptiCool是更适合做强磁场光学测量的设备？OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的核心位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱传统低温系统对光路的各种束缚，真正实现自由光路的低温强磁场实验。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场、部窗口90°光路张角让测量更便捷；控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验具有无限可能。为了进一步满足用户的大数值孔径测量需求，OptiCool先后开发出了近工作距离窗口和集成物镜方案，可以满足各种用户的需求。 OptiCool近工作距离窗口（左）与外部物镜（右）安装示意图内部集成室温物镜（左）与集成低温物镜（右）定制化方案示意图 OptiCool技术特点：☛ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。☛ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口；可升底部窗口☛ 超大磁场：±7T☛ 超低震动：10nm 峰-峰值☛ 超大空间：Φ89mm×84mm☛ 控温：1.7K~350K全温区控温☛ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求。☛ 近工作距离：可选3mm工作距离窗口或集成镜头方案（new！）☛ 底部窗口升：系统可升底部窗口，满足竖直方向的透射实验（new！）。☛ 多种接口：直流通道、射频通道、光纤通道、气体通道（new！）。 【参考文献】1、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 20212、D.J.Lovinger et al., PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).

近日，国务院常务会议审议通过《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》。在国民经济高质量发展，以及重大基础科学创新中都扮演了重要角色的科学仪器行业，迅速掀起了设备更新浪潮。牛津仪器纳米科学部，作为一家设计并提供具有专业技术的仪器供应商，助力量子技术、纳米技术、先进材料和纳米器件等领域的开发与研究。此次我们也将积极把握政策机遇，为客户提供便捷的设备更新服务。为此，我们整理出了一份选型指南，以帮助老师们快速完成申报。如需要进一步交流与咨询，欢迎您随时联系我们，我们将在第一时间与您联络。1► TeslatronPT无液氦超导磁体低温系统&bull 集成的变温插杆可提供的样品温度范围为：1.5 K-300 K&bull 结构紧凑，标准配置的最高磁场强度为14 T，可选配矢量旋转磁体&bull 选配不同的插件可获得更低的温度：HelioxVT选件可获得 300 mK的最低温，KelvinoxJT选件可获得 25 mK的最低温 &bull 低振动 — 适用于多种敏感测试 &bull 分立式密封样品腔，可快速简单地更换样品，且无堵塞系统冷却回路的风险 &bull 低功耗 — 使用单脉冲管制冷机 &bull 敏感样品周围无气体流动：系统采用静态交换气冷却样品，避免制冷气流引起的脆弱样品或者测量样品杆的振动 &bull 通过顶部样品杆可实现快速更换样品。可在系统处于低温状态时更换样品，无需复杂的负载锁定机制来重新装载变温插件&bull 系统使用内部冷阱来过滤污染物，无需使用液氮2► TeslatronPT低温插杆&bull 可选配连接到样品的直流和射频线 &bull LCC样品托和通用接口，轻松实现样品的快速更换。兼容低温插杆系统&bull 最低温300mK的HelioxVT He3 制冷插杆&bull 最低温25mK的无液氦KelvinoxJT 稀释制冷插杆3► KelvinoxJT插杆式稀释制冷系统插杆式稀释制冷系统，采用Joule-Thomson冷凝单元可同时兼容湿式及干式低温恒温器。&bull 能与我们多种产品兼容，包括TeslatronPT低温恒温器，湿式Integra磁体系统，任何液氦存储罐或任何样品管直径不小于50 mm的VTI等 &bull 带有数据可视化和远程控制软件的自动化气体处理系统 &bull 具有自动控制热交换气体的内部真空层（IVC） &bull IVC使用真空脂或CAF胶密封（不需要铟） &bull 备有一个6 mm直径的直通孔用于安装实验接线4► CryofreeProteoxMX型模块化稀释制冷机CryofreeProteoxMX型模块化稀释制冷机5► CryofreeProteoxLX 多比特数量子计算专用无液氦稀释制冷机&bull 超大样品空间，最多256根SMA接头同轴线&bull 可联系牛津仪器，定制高密度同轴线方案&bull 能够容纳大量输入和输出同轴线以及低温微波器件 &bull 全面兼容Proteox稀释制冷机二级插件 &bull 设备经过低振动技术优化，有效减少量子比特相干时间扰动 &bull 基础温度低于7mK，并且在20 mK时的制冷功率大于25µ W，双脉管冷头设计可以在4 K盘提供大量富余的制冷功率6► Proteox5mK&bull Proteox5mK是一台商用连续工作稀释制冷机，可提供小于5mK的极低温环境，@20mK制冷功率大于25 µ W；采用刚性支架和柔性波纹管以及平移共振峰来降低脉管冷头的机械振动及其谐振信号&bull 制冷机内部排布合理，便于进行实验组装 &bull 同轴线和直流线可以安装在总共六个直通孔和九个非直通孔之中 &bull 气隙热开关系统可以在8小时内将样品从30 K 降至最低温7► ProteoxS稀释制冷机小型化的快速表征平台，性能毫无妥协&bull 专利设计的底部换样装置，无需停机即可实现快速换样&bull 全新的设计更使安装层高要求减小到 3.3m&bull 可搭载 12T单轴磁体和 6,1,1T 三轴矢量磁体&bull 提供多路直通孔和非直通孔接头，仍可安装多至 22 路半刚性同轴线缆及多种直流线、Thermocoax、光纤等8► 稀释制冷机二级插件二级插件不仅仅是传统意义上的接口， 它还可以容纳完整的实验装置，包括直流引线、 高频同轴线和低温微波器件。&bull 灵活的模块化设计增强了各种应用需求的兼容性 &bull 二级插件包含—个117 mm x 252 mm大型矩形通道。这可以配置为—个自定义平台，或是配备2个1S0100端口和—系列标准选项 &bull 可选择搭载配备牛津仪器设计的底部快速传样装置的二级插件，在集成超导磁体的系统中可以实现快速换样9► SpectromagPT无液氦光学超导磁体系统&bull 结构紧凑，水平磁场强度达7T &bull 可在系统处于低温状态时更换样品 &bull 超导磁体采用市面上最高规格的超导线材结合先进技术制造，性能高效可靠。 &bull 多种实验插件可满足多种应用及研究需求 &bull 通过顶部装载样品杆实现快速换样 &bull 平行和垂直磁场方向优良的光学通路 &bull 可实现样品全角度旋转测量 &bull 采用闭循环制冷方式，减少样品交换气污染风险和气路堵塞问题10► Integra低损耗液氦杜瓦磁体系统&bull 低损耗杜瓦配备液氮保温层和超导磁体电极，有利于降低液氦蒸发 &bull 最高20T磁场&bull 使用变温插件（VTI），变温范围为1.5至300 K&bull 兼容VTI与KelvinoxTLM&bull 磁体可与3He制冷机插件或极低温稀释制冷机集成，低温可达15mK以下11► KelvinoxTLM顶部取样式稀释制冷插件

范德瓦尔斯异质结构中的莫尔超晶格现已成为研究量子现象的有力工具和载体。该领域的研究也成为目前国际上的热门研究方向之一。近期，加利福尼亚大学伯克利分校（University of California, Berkeley）王枫团队利用超精准强磁场低温光学系统-OptiCool搭建了精密的低温光学测量系统，对范德瓦尔斯异质中的激子相关特性进行了系统研究并取得重要成果。相关成果在今年8月分别发表于Nature Physics[1]和Nature[2]上。单层WSe2和莫尔WS2/WSe2异质结中的关联层间激子绝缘体该篇工作对由超薄hBN分隔的WSe2单层和WS2/WSe2莫尔双层组成的双层异质结中相关层间激子绝缘体进行了观察研究。研究发现当空穴的密度为每个莫尔晶格位置一个时，莫尔WS2/WSe2双层具有莫特绝缘体状态。当电子被添加到WS2/WSe2莫尔双层中的Mott绝缘体中并且相同数量的空穴被注入到WSe2单层中时，会出现一个新的层间激子绝缘体，其中WSe2单层中的空穴和掺杂莫特绝缘体中的电子通过层间库仑相互作用结合在一起。层间激子绝缘体在WSe2单层中空穴达到临界密度前是稳定的，当空穴数量超过临界密度时，层间激子就会解离。本文的研究表明了由于莫尔平带和较强层间电子相互作用之间的相互影响，在双层莫尔系统中实现量子相的可能性。由WS2/WSe2 莫尔双分子层和WSe2单分子层组成的双层异质结示意图双层的相关绝缘状态范德华超晶格中层内电荷转移激子人们发现过渡金属硫化物双层异质结形成的莫尔图案是用于研究非同寻常的关联电子相、新型磁学及有关的激子物理学现象的平台。目前人们虽然通过光学表征方法发现了新型莫尔激子态，但是对这种莫尔激子态的微观性质并不清楚，更多的依靠经验性的拟合模型。有鉴于此，加州大学伯克利分校王枫研究团队和Steven G. Louie研究团队通过大尺度第一性原理GW、Bethe -Salpeter计算并结合显微反射光谱，确定了WSe2/WS2莫尔超晶格中激子共振的性质，发现一系列通过常规模型无法发现的莫尔激子。计算结果给出了不同特征的莫尔激子，包括可调控的Wannier激子和以往未曾发现的层内电荷转移激子。作者通过莫尔激子不同共振形成的载流子密度和磁场响应变化的特点，证实了这些激子的存在。这项研究展示了过渡金属硫化物的莫尔超晶格能够形成非平凡的激子态，提出了通过设计特定空间特征的激发态来调节莫尔体系中的多体物理的新方法。莫尔超晶格的重建旋转排列的WSe2/WS2层内激子的光谱和性质以上两个重要的科研工作中光学相关的测量是基于作者在超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool 系统上搭建的光谱学测量系统完成的。高质量的实验数据反映出了测试系统具有杰出的灵敏度和稳定性。超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCoolOptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超精准全开放强磁场低温光学研究平台。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个顶部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。近期OptiCool又增加了新的选件，使得OptiCool的功能进一步增加，可以方便的应用于高压光谱和THz研究。OptiCool技术特点：▪ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。▪ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个顶部窗口▪ 超大磁场：±7T▪ 超低震动：10 nm 峰-峰值▪ 超大空间：Φ89 mm×84 mm▪ 精准控温：1.7K~350K全温区精准控温▪ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求▪ 近工作距离选件：可选3 mm工作距离窗口，增透膜可选New▪ ZnSe窗口可用于THz研究New▪ 气路选件：系统可以集成气路，便于使用气膜高压腔进行高压光学测量New▪ 集成物镜：集成真空物镜、低温物镜、用户自定义物镜New▪ 控制柜电隔离：为确保微弱信号样品的电学测量，避免信号微扰的可能性New▪ 样品移动：可集成低温位移器New▪ 光纤选件：系统可集成光纤通道New▪ 底部窗口选件：可实现样品腔底部窗口，方面进行纵向的透射光学实验New参考文献：[1]. Zhang, Z., Regan, E.C., Wang, D. et al. Correlated interlayer exciton insulator in heterostructures of monolayer WSe2 and moiré WS2/WSe2. Nat. Phys. (2022). https://doi.org/10.1038/s41567-022-01702-z[2]. Naik, M.H., Regan, E.C., Zhang, Z. et al. Intralayer charge-transfer moiré excitons in van der Waals superlattices. Nature 609, 52–57 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04991-9相关产品：1、超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool

背景介绍 载流子之间的相互作用是凝聚态物理学的热门研究和重点关注对象。调控这种相互作用的能力将有望调控复杂的电子相图。近年来，二维莫尔超晶格已经成为量子领域非常具体潜力的一个研发平台。莫尔系统通过调整层扭转角、电场、莫尔载流子浓度和层间耦合，可以实现其物理参数的高度可调。进展概述 近期，Xiaodong XU（美国华盛顿大学）的研究小组报道了光激发可以高度调整莫尔捕获载流子之间的自旋-自旋相互作用，从而产生WS2/WSe2莫尔超晶格中的铁磁有序。该研究中，作者使用了德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，以确保在低温强磁场环境中精确控制样品位置。文章以《Light-inducedferromagnetism in moirsuperlattices》为题，发表于Nature期刊。 图1显示了丰富的填充因子依赖的磁光响应，在填充因子为&minus 1时，RMCD显示出超顺磁样响应。当空穴掺杂明显减少（见图1e）时，一个磁滞回线开始出现, 这是铁磁性的标志。在&minus 1/3的填充因子（即每3个莫尔晶胞中有一个空穴）附近，随着激子共振激发功率的增加，在磁圆二色性信号中出现了一个明显的磁滞回线。图1. WS2/WSe2异质结中的磁圆二色性随填充因子变化。a) 器件示意图 b) PFM图像，标尺：20 nm c) 反射谱随偏置电压变化 d-e) 磁圆二色（RMCD）随填充因子变化 图2a显示了在1.6K温度与填充因子为-1/3时RMCD信号与激光功率的关系。当功率小于16 nW时，RMCD信号与磁场之间的关系消失，表现为一条无特征的直线。当功率增加到临界阈值以上时，出现一个滞回线。图2b中零磁场下RMCD信号的强度随激光功率的增加而增大，最终达到饱和。在低填充因子下，由于空穴距离更大固有磁相互作用明显较弱。因此，在分数填充因子为&minus 1/3处出现的功率依赖的RMCD响应表明，通过光学诱导的长程自旋-自旋相互作用，出现了铁磁序。磁滞回线宽度对光激发功率的依赖关系可以忽略不计，这意味着在温度远低于居里温度时，磁滞回线宽度主要由磁各向异性决定。如图2c-d所示，随着温度的升高磁滞回线宽度减小，有效的居里温度被确定为8K左右。图2. 在填充因子为-1/3的时候对光致铁磁性的观察。a-b）1.6K温度，不同激光功率下RMCD信号随磁场变化。c-d）磁滞回线宽度与温度的关系，激光功率103 nW 课题组进一步在填充因子为&minus 1/7下进行了温度与激光功率依赖性的RMCD测量（图3）。图3a显示了在不同的激光功率下的测量结果。作者定义了一个临界温度Tc，超过这个温度，RMCD的磁性响应（心跳线形状）就会消失。以253 nW光激发为例，心跳线形状保持强至约40K。为了进一步突出这一效应，图3b中绘制了提取的RMCD信号振幅与激发功率和温度的变化关系。这些数据表明，一旦光激发功率足够大，可以引入磁序，Tc可以从20K左右的调谐到45K。观察到的现象指出了一种机制，其中光激发激子促成了莫尔捕获空穴之间的交换耦合。这种激子促成的相互作用可能比莫尔捕获空穴之间的直接耦合范围更长程，因此即使在稀空穴体系中也会出现磁序。这一发现为莫尔量子物质的丰富的多体哈密顿量增加了一个动态调谐方案。图3. 利用光激发功率和填充因子调节磁态。a-d) RMCD信号强度与磁场、温度、填充因子的关系图 图a-b中填充因子为-1/7 值得指出的是，整个实验都是在低温及强磁场中进行的。这其中关键的设备就是德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，该位移台能够在极低温环境下提供纳米级的精确位移，成为整个变温及磁场调控过程中精确控制样品位置的关键设备。 attocube公司生产的位移器设计紧凑，体积小巧，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器，并以稳定而优异的性能，原子级定位精度，纳米位移步长和厘米级位移范围受到科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和极端环境中，包括超高真空环境(5E-11mbar)、极低温环境（10 mK）和强磁场中（31 T）。图4 attocube低温强磁场位移器，扫描器attocube低温位移台技术特点如下：参考文献：[1]. Xiaodong XU, et al. Light-induced ferromagnetism in moiré superlattices. Nature 604, 468–473 (2022)

探索材料角度相关的磁输运性质是凝聚态物理学中应用广泛和重要的课题研究方向。该研究通常需要很宽的样品温度范围，比如从室温到几开尔文或更低，还需要强大的矢量磁场。控制矢量磁场对此类研究尤为重要。然而，传统的超导矢量磁体不仅价格昂贵，而且场强也有限：三个方向上至少两个方向的磁场强度通常不能超过2T。 德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。近期，该公司推出的atto3DR低温双轴旋转台，将施加在样品上固定方向的单一磁场（垂直或水平方向）的改变为三维矢量磁场。通过这种方式，在任何其他方向上也可立即获得非常高的磁场（例如9 T或12 T）。因此，它相当于提供了9T-9T-9T矢量磁铁的等效系统，这是目前尚无法实现的。此外，与常规矢量磁铁（如5T-2T-2T）只能在旋转中提供大2T的磁场相比，此解决方案的成本也非常低。 另外，双旋转轴的应用保证了样品在任意磁场方向上的变化和灵活性，通过水平固定轴的旋转，可控制样品表面与外界磁场的倾角（+/- 90°）；而沿面内固定轴的旋转提供了另外+/- 90°的运动，从而实现样品与磁场形成任意相对方向。同时还兼容2英寸样品空间和He气氛，配备Chip carrier，提供多达20个电信号接口。 1. 为什么要旋转你的样品？ 物理学家、化学家和材料科学家正在不懈地寻找具有理想性能的新材料。新材料几乎每天都会被合成出来，并经历各种各样的测量和表征。费米面的表征在材料表征中起着核心作用，因为将电子结构与材料的性质相关联，可以设计出具有所需性质的材料，并针对特定的应用进行调整。若能够地控制磁输运测量中的场方向有助于提取样品各向异性的信息。能够旋转样品在面内和面外场之间切换，或沿所需方向（例如，沿准一维样品，如纳米管或纳米线）对准就显的尤为重要。 Attocube公司研发的压电驱动的纳米旋转台有效地取代了价格昂贵的矢量磁铁，甚至提高了它们的性能，不仅扩大了其任意方向上的大可用磁场，而且也能很好的实现自动化的测量。更为重要的一点是：它们优于传统无法避免的机械滞后性的机械转子。此外，当需要超高压条件时，例如在ARPES中，与机械旋转器相比，压电陶瓷旋转台提供了额外的优势-压电陶瓷旋转台不会导致超高压室泄压或者漏气。2. Attocube提供的解决方案2.1 attocube 的纳米精度旋转台 attocube提供了多种可以组合的压电驱动纳米定位器，其中包括水平旋转台和竖直旋转台（attocube纳米旋转器-ANR/ANRv）。旋转台组合包括一系列不同尺寸和方向，以及适用于低温环境、超高真空和/或高磁场的不同环境下的需求。由于其体积非常紧凑，attocube的旋转台能够适配于大多数的超导磁体样品腔。图1: ANR portfolio [4]2.2 atto3DR：在3D中模拟强矢量磁场 atto3DR双旋转器具有两个立的旋转台，它们组合在一起，从而提供相对于样品表面的所有方向上的全磁场（例如14 T），如引言中所述。atto3DR如图2所示。atto3DR可以提供普通低温版本，同时也可根据具体需求提供用于低温真空（如稀释制冷机）的定制版本；有关mK温度下的应用案例，请参阅应用部分。图2: atto3DR：（a）带有无铅陶瓷芯片载体的样品架，配备20个触点；（b） 面内ANR；（c） 另外一个面内的ANR[4]。 3. 应用案例 在概述了ANRs、atto3DR的主要特点和优点之后，本文后一章将重点介绍通过使用基于我们的旋转器获得的传输测量的研究结果。3.1 基于ANR旋转台的应用案例3.1.1 在强磁场和200 mK条件下考察的g因子的各向异性 在Zumbühl集团（瑞士巴塞尔）与RIKEN（日本Saitama）、SAS（斯洛伐克布拉迪斯拉发）和UCSB（美国圣巴巴拉）课题组的合作进行了以显示GaAs量子点中各向同性和各向异性g因子校正的分离实验。这项研究是在两个立的横向砷化镓单电子量子点上进行的。为了在实验上确定g因子修正，通过测量具有不同强度和方向的平面内磁场的隧穿速率来得到自旋分裂。自旋分裂定义了自旋量子位的能量，是磁场中自旋的基本性质之一。在这里，他们测量并分离了两个GaAs器件中对g因子的各向同性和各向异性修正，发现与近的理论计算有很好的一致性。除了公认的Rashba和Dresselhaus项，作者还确定了动量平方依赖的塞曼项g43和穿透AlGaAs势垒gP项[5]。 此项工作是在attocube纳米精度旋转台ANRv51的帮助下完成的：样品安装在压电驱动旋转器上，并在磁场平面内旋转。由于旋转台有电阻编码器，因为能够读出旋转器的状态角度。此外，ANRv51可在高达35 T的磁场环境下使用，并可在低至mK的低温范围内使用-该实验在稀释制冷机中进行，电子温度为200 mK，磁场高达14 T。该磁场强度在任意面内方向上施加，只能通过旋转器实现不同角度下的测量。图3: sample in chip carrier mounted on ANRv513.1.2 mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用 北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。 该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81 mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图4所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5 mm*5 mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340 μW@120mK，得益于attocube低温位移台低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz, 300nF）。 图4. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图 图5. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过 图6中是GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。图6. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK3.1.3 25 mK和强磁场下的自旋弛豫测量 基于量子点的自旋量子位是未来量子计算机的一个有希望的核心元件。2018年，一项国际合作（(Basel, Saitama, Tokyo, Bratislava and Santa Barbara）在理论预测电子自旋弛豫现象15年后，次通过实验成功证明了一种新的电子自旋弛豫机[8]。图7: Measurement setup with sample on an ANRv51 for rotating around the angle ϕ in the plane of the magnetic field. 在25 mK 的稀释制冷机和高达14 T的磁场条件下，半导体纳米结构（GaAs）中的电子自旋寿命在0.6 T左右达到了一分钟以上的新记录。有关此记录的更多信息，请参见[9]。对于该实验设置，使用了attocube的ANRv51，只有它完全符合mK温度和高磁场系统的要求。此外，在GaAs二维电子气体中形成的单电子量子点样品可以与平面内磁场相对于晶体轴作任意角度的旋转。3.1.4 从缓慢的Abrikosov到快速移动的Josephson涡旋的转变 来自瑞士苏黎世ETH的Philip Moll及其研究组使用attocube的ANR31研究了层状超导体SmFeAs（O，F）中磁旋涡的迁移率，发现旋涡迁移率的大增强与旋涡性质本身的转变有关，从Abrikosov转变为Josephson[12]。该实验中如果磁场倾斜出FeAs平面，即使小的未对准（0.1°）也会完全破坏该效应，因为未对准的旋涡不再与晶体层平行，则该特征立即消失。由于流动漩涡引起耗散，观察到它们的流动性是一个非常锐的电压峰，如图8所示）。attocube的ANR31位移台能够在低于2 K的温度下以优于0.1°的精度旋转样品，并且在扫描温度和磁场时零漂移。此外，的纳米旋转器被安装在小型（25 mm直径）标准样品托上（见图9）。由于其优异的性能和紧凑的结构，将整个实验装置的研究能力扩展到需要端角度精度和稳定性的领域。图8: Flux -flow dissipation as a function of the angle between the magnetic field (H = 12 T) and the FeAs layers (= 0°) for several temperatures.图9: Rotator setup showing the ANR31/LT rotator carrying the sample and two Hall sensors.3.1.5 用于量子输运分析的超低热耗散旋转系统 在2010新南威尔士大学（澳大利亚悉尼）的La AYOH ET.A.课题组分析了半导体纳米器件中的量子输运。他们的主要目标是获得一个合适的旋转系统来研究各向异性塞曼自旋分裂。为了充分观察测量这种效应，需要在保持温度低于100mK的情况下，在磁场（高达10T）方向旋转样品。该样品安装在陶瓷LCC20器件封装中的AlGaAs/Ga/As异质结构。两条铜线连接到载体上。使用带RES传感器的ANRv51进行位置读出，该小组设计了一个具有两个可选安装方向的样品架（见图10）：一个具有芯片载体的平面内旋转，另一个具有芯片载体的平面外旋转（见图）。ANRv51非常适合此应用：先其由非磁性材料制成，完全兼容mK，并具有一个小孔，可将20根铜线送至转子背面。在他们的论文中，研究小组仔细描述了不同驱动电压和频率下，旋转器的散热作为转速的函数[13]。在缓慢的旋转速度下，散热可以保持在低限度，即使连续旋转，仍然能让系统温度低于100 mK。当关闭旋转器时回到25 mK基准温度的时间仅仅为20 min。此外，由于滑移原理，旋转台可在到达终目标位置时接地，从而确保位置稳定性和零散热。图10: Rotation system assembly for rotating the sample in two separate configurations with respect to the applied magnetic field B.3.2. atto3DR 应用案例3.2.1 范德华异质结器件在低温40mK中旋转 理解高温超导物理机制是凝聚态物理学的核心问题。范德华异质结构为量子现象的模型系统提供了新的材料。近日，国际合作团队（团队成员来自美国伯克利大学，斯坦福大学，中国上海南京以及日本韩国等课题组）研究石墨烯/氮化硼范德华异质结具有可调控超导性质的工作发表在《Nature》杂志上。在温度低于1K的时候，该异质结的超导的特特性开始出现，电阻出现一个明显的降低，出现一个I-V电学曲线的平台[14]。图11: 图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质结器件，图右上，电输运测试结果，样品通过旋转后的方向与与磁场方向平行。 电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，因而使用了德国attocube公司的atto3DR低温双轴旋转台。该atto3DR低温双轴旋转台可以使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott缘体与金属态的转变，证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。3.2.2 30mk下的扭曲双层石墨烯的轨道铁磁性 范德华异质结构，特别是魔角双层石墨烯（tBLG），是当今固态物理研究的热点之一。尽管之前对tBLG的测量已经表明，铁磁性是从大滞后反常霍尔效应中推断出来的，随后又指向了Chern缘体，但A.L.Sharpe及其同事通过输运测量实验表明，tBLG中的铁磁性是高度各向异性的，这表明它是纯轨道起源的——这是以前从未观察到的[15]。 为了进行测量，该小组将封装在氮化硼薄片中的tBLG样品安装在attocube atto3DR双旋转器上，通过巧妙设计，使其在电子温度低于30 mK的条件下正常工作，在高达14 T的磁场中，使用霍尔电阻对倾斜角度进行专门的现场校准，以便在实验过程中控制准确的面内和面外方向。图12: Angular dependence of hysteresis loops in twisted bilayer graphene, measured with atto3DR at 30 mK.4. 总结 磁性输运测量通常涉及可变温度和强磁场。能够旋转样品是提取有用信息的关键先决条件，如三维费米表面、电荷载流子的有效质量和密度，亦或块体材料、薄膜或介观结构的各向异性相关的许多其他参数。使用基于压电陶瓷的旋转器有助于获得比矢量磁场更高的矢量场，而且能够大大降低成本。因此，attocube ANR及其成套解决方案——atto3DR——对于每一位在具有磁场依赖和低温下进行电气和磁性输运测量的研究人员来说，都是佳和的解决方案。5. 参考文献[1]L.W. Shubnikov, W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 (1930)[2]Fermi Schematics, Sabrina Teuber, attocube systems AG[3]http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/[4]attocube systems AG[5]L.C. Camenzind et al., Phys. Rev. Lett. 127, 057701 (2021)[6]U. Zeitler et al., attocube Application Note CI04 (2014)[7]P. Wang et al., Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019)[8]L.C. Camenzind et al. Nat Commun 9, 3454 (2018)[9]https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/New-mechanism-of-electron-spin-relaxation-observed.html[10]Y. Pan et al., Sci. Rep. 6, 28632 (2016)[11]A.M. Nikitin et al., Phys. Rev. B 95, 115151 (2017)[12]P.J.W. Moll et al., Nature Mater. 12, 134 (2013)[13]L. A. Yeoh et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 113905 (2010)[14]G. Chen et al., Nature 572, 215 (2019)[15]A.L. Sharpe et al., Nano Lett 2021, 21, 10, 4299 – 4304 (2021)

p　　2008年5月，由中科院合肥物质院强磁场科学中心承担的稳态强磁场实验装置项目启动 2011年7月，试验磁体通电测试成功 2016年11月，混合磁体大口径外超导磁体研制成功 2017年2月，专家组对混合磁体工艺测试完成验收 2017年9月27日，“稳态强磁场实验装置”通过国家验收，验收专家组给予了很高评价，认为项目全面完成了建设目标，各项关键参数达到或超过设计指标，“技术和性能达到国际领先水平”。/pp　　九年时间里，强磁场的科研人员完成了一个又一个跨越，使我国成为国际五大稳态强磁场研究机构之一，中国的强磁场科学技术事业迈上了一个新台阶。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/869ce1bd-adaa-4e62-b5da-a9ff1c35ab0b.jpg" title="1_副本.jpg"//pp style="text-align: center "①2016年底混合磁体首次调试成功。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/c43cc087-9520-4092-b997-350c4e51976e.jpg" title="2_副本.jpg"//pp style="text-align: center "②安装在水冷磁体上的扫描隧道显微镜。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/db639ee9-02c5-409b-8e70-117373bf43d4.jpg" title="3_副本.jpg"//pp style="text-align: center "③混合磁体。/pp　　strong“极端条件就是把不可能变成可能”/strong/pp　　高秉钧是中科院强磁场科学中心首席科学家，也是“稳态强磁场实验装置”项目总工程师。他对记者说：“物质在强磁场情况下会改变它本身的电子态，从而产生新的现象。强磁场是一个极端条件,我们在设计和研制稳态强磁场实验装置过程中，常会遇到许多难以克服的困难，甚至是无路可走。我们必须坚持不懈，实现超越，把不可能变成可能。”/pp　　强磁场是调控物质量子态的重要参量，在发现新现象、揭示新规律、探索新材料、催生新技术等方面具有不可替代的作用。自1913年以来，已有多项与磁场相关成果获诺贝尔奖，因此，强磁场极端条件已成为科技界公认的探索科学宝藏的“国之重器”。我国因缺乏相应的强磁场条件，屡次错失在物质科学等诸多领域开展前沿探索的机遇。/pp　　据了解，“稳态强磁场实验装置”是一个针对多学科实验研究需要的强磁场极端实验条件设施，包括十台强磁场磁体装置和六大类实验测量系统。/pp　　混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成，是追求更高稳态极端场强的首选，但此前国际上已有多个失败案例，而我国在高场超导磁体技术方面的基础较为薄弱，项目所有科研人员都面临着巨大挑战。/pp　　对水冷磁体而言，必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和发热问题，与之配套的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。/pp　　谨慎起见，超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小，但选材、加工工艺完全相同的试验磁体，试验磁体在2011年7月通电测试成功。混合磁体研制真正开始之后，所有科研人员都秉持着一种谨慎严肃的工作状态，为了达到验收要求而不断努力着。/pp　　strong国际领先水平的科学实验系统/strong/pp　　水冷磁体WM1原设计是超世界纪录的38.5T,但在磁体组装后的预测试中，科研人员却发现磁场强度比预期的要低得多，且已是板上钉钉，超纪录无望了。水冷磁体总设计高秉钧带领工作人员排查原因，最终发现绝大部分bitter片厚度不是原设计的0.27毫米，而是0.29~0.30毫米。/pp　　高秉钧说：“面对几千片bitter片，我们就用天平称重量、算体积，来实测每片的实际厚度。将实测厚度的bitter片优化配置，重新组合，使组装的磁体达到原设计的目标。”这样，WM1最终实现了38.5T的磁场强度，打破水冷磁体场强世界纪录。/pp　　2016年底混合磁体首次调试，磁场强度达到40特斯拉，符合工程验收指标。就在科研人员欢欣鼓舞之时，磁体系统却发生了故障。春节将至，项目组的人却集中在场地，不断调试设备排除故障。/pp　　大年三十上午八点，装置准时通电测试，所有人在文化走廊吃了一顿简单而又难忘的“年夜饭”。但是那天因为降温没到位，再一次失败了。项目组的科研人员在春节假期继续加班，大年初四，混合磁体终于通电励磁，再次成功。/pp　　经过多年自主创新，强磁场研制团队打破国际技术壁垒，成功克服关键材料国际限制、关键技术国内空白等重大难题，建成继美国之后世界第二台40T级混合磁体，建立了国际领先水平的科学实验系统，实现了我国稳态强磁场极端条件的重大突破。/pp　　“稳态强磁场实验装置”国家验收意见中写道：“项目提出了一种水冷磁体设计创新方案，发展了一套全程可量化检测的高精度装配工艺。建成的水冷磁体中有三台磁体的性能指标创世界纪录，其中两台保持至今 突破了800毫米室温孔径、磁场强度达10特斯拉的铌三锡超导磁体研制的技术难关，建成了40特斯拉稳态混合磁体装置，磁场强度世界第二 建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道—磁力—原子力组合显微镜系统，以及强磁场下低温、超高压实验系统，使得我国稳态强磁场相关实验条件达到国际领先水平。”/pp　　strong“边建设边开放”的管理新模式/strong/pp　　强磁场下的应用研究对于高技术产业具有很强的催生和带动作用，“强磁场效应”其实就在我们身边。/pp　　高秉钧介绍道：“大家都比较熟悉的医院的核磁共振成像、磁悬浮列车等就运用了强磁场技术。此外，强磁场在化学合成、特殊材料、生物技术、医药健康等多种新技术研发方面都有可能发挥关键作用，孕育新的发明。”/pp　　据了解，强磁场有助于促进多学科交叉研究，尤其是生命科学、物理学、材料与化学、新技术之间的交叉研究。2014年，合肥物质院技术生物所吴跃进研究组和强磁场科学中心钟凯研究组合作，研究了造影剂对水稻生长的潜在影响，并用磁共振成像技术获得了造影剂在根系中的动态信息。这也是世界上首次利用造影剂研究磁共振成像技术在水稻根系无损检测中的应用，为植物根系研究提供了一种新的研究方法。/pp　　在中科院“十二五”验收中，“强磁场科学与技术”重大突破入选院“双百”优秀。2017年3月，中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东视察装置，对团队取得的成绩给予了充分肯定。/pp　　同时，项目提出并实践了国家大科学装置“边建设边开放”管理新模式。从2010年试运行以来装置已经为包括北大、复旦、中科大、浙大、南大、中科院物理所、中科院固体物理所、上海生科院、福建物构所等在内的百余家用户单位提供了实验条件，有力支撑了强磁场下前沿研究，产出了一大批具有国际影响力的科研成果。/pp　　随着稳态强磁场装置工程建设的推进，一支能打硬仗的强磁场技术攻关队伍在锻炼中成长。稳态强磁场实验装置将成为科学研究、科技发展的创新源头，将为合肥综合性国家科学中心的建设贡献更多的科技力量。/p

一、单层激子缘体的证据（Nature Physics）众所周知拓扑性和关联性之间的相互作用可以产生各种各样的量子相，其中许多原理仍有待探索。近的进展表明，单分子层WTe2在不同量子相之间具有高度的可调性，这一特点表明WTe2是一种很有前途的材料。这种二维晶体的基态可以通过静电调谐从量子自旋霍尔缘态转化为超导态。然而，关于量子自旋霍尔缘态的带隙打开机制仍不明确。近日，美国普林斯顿大学Ali Yazdani和 Sanfeng Wu（共同通讯作者）等报道了量子自旋霍尔缘体也是激子缘体的证据，它是由电子空穴束缚态(即激子)的自发形成引起的。文章于2021年12月发表于Nature Physics。原文图2，单层WTe2中电荷中性的缘状态相关测量 文章中作者通过巧妙的实验设计，结合电输运测量和隧穿谱测量，揭示了在样品电荷中性点存在一种本征缘状态，并证实了这种电荷中性缘态的相关性质。作者提供的证据证明样品不是能带缘体或局域缘体，并支持了在激子缘体相的存在。这些观测结果为理解具有非平凡拓扑的相关缘体奠定了基础，并确定了单层WTe2是基态激子量子相材料，为以后的应用提供了广阔的前景。原文图4，隧穿光谱揭示的关联特征和金属-缘体跃迁在本工作中作者使用Quantum Design生产的完全无液氦综合物性测量系统PPMS DynaCool 和超全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool进行了电运输和vdW隧穿的相关测量。OptiCool在2018年面世以来作为新型的强磁场低温光学研究平台受到了很多好评，并获得了当年的R&D100大奖。OptiCool的多种电学通道非常方便用户进行电学测量和栅压调控实验。OptiCool样品台直流通道（左）与腔体直流接口（右）OptiCool样品台交流通道（左）与腔体交流接口（右） 二、扭曲二维材料磁性体系中的磁畴和莫尔磁性的直接可视化（Science）扭曲非磁性二维材料形成的莫尔超晶格是研究奇异相关态和拓扑态的高度可调控系统。近些年来在旋转石墨烯等多种二维材料中都观察到了很多奇异的性质。在该工作中，来自华盛顿大学的徐晓栋教授课题组报道了在小角度扭曲的二维CrI3中出现的磁性纹理。原文图1，层堆叠依赖的磁性和扭曲双层CrI3的磁光测量作者利用基于NV色心的量子磁强计直接可视化测量了纳米尺度的磁畴和周期图案，这是莫尔磁性的典型特征。该篇文章中利用MOKE和RMCD对样品的磁性进行了精细的测量。研究表明，在扭曲的双分子层CrI3中反铁磁(AFM)和铁磁(FM)域共存，具有类似无序的空间模式。在扭曲三层CrI3中具有周期性图案的AFM和FM畴，这与计算得到的CrI3 莫尔超晶格中层间交换相互作用产生的空间磁结构相一致。该工作的研究结果表明莫尔磁性超晶格可以作为探索纳米磁性的研究平台。原文图3，双三层扭曲CrI3的磁光和NV磁强计扫描测量图该研究工作中对扭曲CrI3的MOKE和RMCD测量中使用了基于OptiCool系统的低温磁光测量系统。OptiCool具有多个窗口，超低震动，1.7K-350K超大控温区间等诸多优点可以满足各种高精度的低温强磁场光学测量。为了进一步满足用户的大数值孔径测量需求，OptiCool先后开发出了近工作距离窗口和集成物镜方案，可以满足各种用户的需求。OptiCool近工作距离窗口（左）与外部物镜（右）安装示意图内部集成室温物镜（左）与集成低温物镜（右）定制化方案示意图 三、OptiCool设备简介OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场、部窗口90°光路张角让测量更便捷；控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验无限可能。OptiCool技术特点：☛ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。☛ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口；可升底部窗口☛ 超大磁场：±7T☛ 超低震动：10 nm 峰-峰值☛ 超大空间：Φ89 mm×84 mm☛ 控温：1.7K~350K全温区控温☛ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求。☛ 近工作距离：可选3 mm工作距离窗口或集成镜头方案 【参考文献】1、Jia et al., Nat. Phys (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-021-01422-w2、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 2021

11月13日下午，中国科学院强磁场科学中心磁体实验大厅一片欢呼，我国自主研制的混合磁体装置调试获得成功，实现了任务目标——40万高斯稳态磁场。　　“这台混合磁体装置也正式成为磁场强度在世界排名第二高的稳态强磁场装置，不久还有望冲击45万高斯稳态磁场的世界纪录。”中国科学院合肥物质科学研究院院长兼强磁场中心主任匡光力告诉《中国科学报》记者。　　匡光力介绍，混合磁体由外超导磁体和套在其中的水冷磁体组合而成。一个月前，水冷磁体单独调试成功，能够产生30万高斯的稳态磁场 一周前，低温孔径达920毫米的大型高场超导磁体调试成功，能够产生10万高斯的稳态磁场。今天，两个磁体成功合体，共同产生了40万高斯的稳态磁场，终于圆了相关科研人员奋斗了八年的梦想!　　强磁场是支持科学前沿探索的一种极端实验条件，磁场越高，科学发现的机遇越多，因此，强磁场装置必然追求更高的磁场。匡光力说：“追求极高的磁场就像攀登珠穆朗玛峰，到达极限之前，需要克服许多困难方能成功。”　　混合磁体是国际上产生最高稳态磁场的主要选择，但选择它就意味着选择了一系列重大技术挑战——其水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择问题，面临巨大电磁力和严峻的发热问题，差之毫厘，失之千里，且给它供电的数千万瓦级的稳态直流电源本身也是一项重大技术挑战 其超导磁体孔径巨大，导体的材料选择、结构选择和磁体生产工艺以及与之配合的低温冷却技术等都是技术难题，此前国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败，而我国在高场超导磁体技术方面原有基础薄弱。　　混合磁体研制难度大不仅体现在上述方面，看似简单的磁体安装稍有偏差即可能导致巨大破坏，两个磁体的磁中心面或磁轴如不能重合，即便相差一毫米，磁体也将面临数吨的相互作用力。一位著名的国际强磁场技术专家此前曾一再感叹：“世界上还没有真正完全研制成功的混合磁体装置。”　　刚调试成功的混合磁体装置是中国科学院强磁场科学中心承担的国家“十一五”重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置项目所包含的九台磁体装置中产生磁场最高的磁体，也是最后研制成功的磁体，此前研制成功的水冷磁体中有三台创造了单项世界纪录。　　这次混合磁体的调试成功标志着强磁场中心承担的稳态强磁场装置项目的主要任务已经完成，它的研制成功是我国强磁场技术发展的重要里程碑。据悉，混合磁体装置将主要用于新型功能材料的量子行为研究。

磁场既看不见也摸不着，但是其却是一股强大的力量　　据国外媒体报道，洛斯阿拉莫斯国家实验室的两位科学家野茨库尔特(Yates Coulter)和迈克戈登(Mike Gordon)成功创造了在最强磁场领域的世界级记录。该国家实验室的高脉冲磁场实验室的研究小组取得了97.4特斯拉的的磁感强度，这比金属废品收购站使用的巨型电磁铁产生的磁感强度高出100倍。　　在今年的8月18日(星期四)，一个德国科学家组成的研究团队取得了92.5特斯拉的磁感强度值，而紧随其后，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家就创造了97.4特斯拉的磁感强度。别小看这些看似数值并不是很高的磁感强度值，要知道，地球的磁感强度为0.0004特斯拉，而一个垃圾场用于吸取废旧金属的磁铁产生的磁感强度为1特斯拉，以及医疗用得核磁共振成像扫描的磁感强度为3特斯拉。在物理学中，描述磁场的强弱用磁感强度(磁感应强度)来表示，在国际单位制中，磁感应强度单位为特斯拉(T)，而高斯与特斯拉换算比为，1特斯拉等于1万高斯。　　能够产生极高磁感应强度的无损脉冲为科学家提供了一个前所未有的工具，这项技术可以应用于研究材料的基本属性，范围可以从金属和超导体到半导体和绝缘体。而在高磁感强度下，也为科学家提供了有关材料性能的研究方向，以及关于电子相互作用的有价值线索。随着近年来对高磁感强度领域的成就，洛斯阿拉莫斯国家实验室脉冲磁场实验室将定期为磁场研究领域的科学家提供高磁感强度的脉冲磁场，可以达到95特斯拉的水平，这同时也说明，洛斯阿拉莫斯国家实验室可以为全世界的磁场研究人员提供研究服务。　　而能够将磁感应强度达到100特斯拉，是来自全世界各国磁场研究人员的共同梦想，其中包括德国、中国、法国和日本的磁场实验室，都在追逐着100特斯拉的极限目标，而洛斯阿拉莫斯国家实验室则率先将磁感强度提高至非常接近这个极限目标。　　如此强大的磁铁产生的磁场，有着非常广泛的科学研究价值，同时也对相关领域的调查研究产生深远的影响，特别是在微观领域上，让科学家了解如何设计和控制材料的性质和功能。在这种类型的强磁场下，可以让研究人员仔细地调整材料的参数，实现更加完美的非损性磁场。高磁感强度的磁场可以使电子局限于纳米尺度的轨道上，从而有助于揭示材料的基本量子性质。　　在阿拉莫斯国家实验室8月18日的实验中，物质凝聚态学的科学家们，高场磁体技术人员，技师以及脉冲磁铁的工程师们目睹了NHMFL-PFF高强度磁感发生器夺回世界纪录的瞬间时是多么地兴奋，而在此之前，磁场实验室的氛围是非常地窒息，科学家们都聚集在控制显示屏前，显示了创纪录前的紧张与期待感。而当迈克戈登指挥控制1.4千兆瓦发电器系统对准磁铁时，实验室中的所有目光都聚集在监控显示器上，显示了接近100特斯拉的世界级磁感强度。而其中还有一个小插曲，在实验进行之前，实验室所在在大楼根据安全协议必须是个无人区。　　在实验过程中，实验室的科学家们听到了一种变形程度较低的嗡嗡声，紧随其后的是金属发出刺耳的声音信号，感觉到类似脊柱刺痛感，精确的分布式电流超过了100兆焦耳的能量。随着声音的消退，以及显示器显示磁铁的完美表现，科学家将注意转向在实验过程中的现成测量，证明磁铁已达到92.5特斯拉，这个数据对于洛斯阿拉莫斯国家实验室而言，早在五年前就已经达到了，这同时也是德国的科学家小组所取得的数据。　　而在第二天的下一阶段的实验中，实验室一举达到97.4特斯拉的成就。后来，研究人员查尔斯米尔克(Charles Mielke)、尼尔哈里森(Neil Harrison)、苏珊(Susan Seestrom)和阿尔伯特(Albert Migliori)联名向吉尼斯世界纪录申请认证。

功能量子材料中磁有序结构为探索基于自旋的物理现象提供了丰富的研究对象。尤其在量子材料中存在自旋和其他微观自由度之间发现可调谐耦合的情况时，就可以在自旋电子学、磁记忆和量子信息科学等诸多方面得到应用。 有鉴于此，近日，美国宾夕法尼亚州立大学Venkatraman Gopalan，Hari Padmanabhan和加州大学圣迭戈分校Richard D. Averitt（共同通讯作者）课题组合作提出了层状磁性拓扑缘体MnBi2Te4层间磁-声子耦合的证据，文章以 “Interlayer magnetophononic coupling in MnBi2Te4”为题刊登在Nature communications上。本文使用了低温拉曼光谱及基于超全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool的低温磁场超快光谱、瞬态对磁声耦合进行了深入研究。 层状反铁磁材料Mn(Bi,Sb)2nTe3n + 1家族是拓扑缘体中个由实验证实存在本征磁有序的体系。且层间磁序与拓扑密切相关，以往实验证明了量子反常霍尔与轴子缘子状态之间的切换，并实现了场驱动的Weyl半金属态。在这种背景下，层间交换和其他微观自由度之间新的高效耦合途径的研究可能为磁性和拓扑的动态操纵打开途径。该工作中采用了低温拉曼测量，基于密度泛函理论的计算等证明了磁性与声子存在耦合作用。随着磁场增加，在MnBi2Te4层间磁序由反铁磁过渡到铁磁后，观察到A1g拉曼峰出现了明显的减弱。原文图1、MnBi2Te4磁性相变中的声子异常现象观测 此外作者使用了基于OptiCool的低温磁场超快光谱测量、瞬态对于磁声耦合的时域特征进行了研究。展示了通过超快的激发对MnBi2Te4进行调控的可能性。由于MnBi2Te4中磁性与拓扑结构之间的密切联系，磁-声子耦合的发现意味着向磁性拓扑相的调控迈出了重要一步。原文图4、磁-声子耦合的超快特征研究设备简介OptiCool超全开放强磁场低温光学研究平台 OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。 OptiCool技术特点：▪ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。▪ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口▪ 超大磁场：±7T▪ 超低震动：10 nm 峰-峰值▪ 超大空间：Φ89 mm×84 mm▪ 控温：1.7K~350K全温区控温▪ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求▪ 近工作距离选件：可选3 mm工作距离窗口，增透膜可选New▪ 集成物镜：集成真空物镜、低温物镜、用户自定义物镜New▪ 控制柜电隔离：为确保微弱信号样品的电学测量，避免信号微扰的可能性New▪ 样品移动：可集成低温位移器New▪ 光纤选件：系统可集成光纤通道New▪ 气路选件：系统可以集成气路，便于使用气膜高压腔进行高压光学测量New▪ 底部窗口选件：可实现样品腔底部窗口，方面进行纵向的透射光学实验New

以极限感知确立“中国精度”之江实验室以人工智能为骨干支撑，以智能感知、智能计算、智能网络和智能系统为主要方向开展基础研究和核心技术攻关，目标建成世界一流的人工智能基础研究中心。朱世强主任认为，“之江实验室要打造全新的人工智能技术生态体系，不能简单的停留在算法研究的层面，更不能单纯利用国外开源开放的算法做应用开发。未来人工智能领域的核心竞争在于更前沿的基础研究，从科学的角度来看，真正的智能起源于对外部世界信息的精确感知，培育超级感知能力是之江实验室打造人工智能技术生态的重要基础。这也是我们谋划建设量子精密测量大科学装置的初衷。”之江实验室首席科学家房建成院士介绍说，“我们将投入15亿元建设量子精密测量科学装置，基于原子自旋效应、原子干涉效应、光子动量效应等原理，实现超高灵敏惯性、极弱磁、极弱力、绝对重力等多种物理量的超高精度测量，突破传统测量方法的理论极限，确立‘中国精度’。”要实现国际领先水平的超高精度传感与测量，之江实验室的科研团队有底气。量子精密测量科学装置集结了北京航空航天大学、浙江大学等国内最顶尖的专家团队，在极弱磁测量、惯性测量等研究领域多次获得国家级奖励。促进基础研究与应用研究融通发展据介绍，量子精密测量大科学装置将支撑科学家开展诺奖级前沿科学问题的探索，如在验证宇宙空间CPT对称破缺、新的相互作用力、非牛顿引力，研究纳米间距Casimir效应、量子—经典转换问题等前沿物理学方面发挥重要作用。“建设大科学装置不仅仅是实验室自己的科研需要，我们更希望依托重大装置吸引全世界最优秀的科学家到之江实验室探索前沿科学问题，同时做好技术的转化应用，服务于产业发展。”之江实验室主任朱世强表示。量子精密测量大科学装置不仅可以帮助拓展人类的认知边界，还具有很广阔的应用前景，如大幅提升导航、激光制导、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。科技进步最终用于改善民生，也是建设这一大科学装置的主要任务之一。子项目新型无损被动高分辨率心脑磁研究装置负责人说，“量子传感研究中心正在研究的新型被动式原子磁强计（fT级），能在屏蔽外界磁场环境下直接测量大脑发出的磁场，有望实现脑神经系统的功能测量。SERF极弱脑磁心磁测量可能带来变革性技术，破解目前核磁共振等观测设备对婴幼儿、体内含金属部件患者等特殊人群无法使用的问题。”之江实验室将建成国际一流的心磁和脑磁两类研究装置，结合医学成像技术，攻关心脑极弱磁测量。“体制机制创新就是生产力”“如果从零开始谋划的话，一个大科学装置往往需要十几年的时间，才能从构想到建成落地。之江实验室成立不到两年的时间，已经有两个大科学装置通过论证，这主要源于我们在科研体制机制创新上的优势，后续我们还将启动一个、筹划一个，再培育一个。”朱世强介绍。实验室最先通过论证的就是量子精密测量大科学装置。房建成院士对于该装置的快速启动给出了干脆利落的回答：“体制机制创新就是生产力。”“之江实验室从项目发现、团队组建，再到论证立项和过程管理都进行了一系列的制度创新，大兵团作战的协同攻关推动科研提质增速。半年多的时间，我们完成了项目各种环节的多轮论证，在提升效率的同时保证科研的严谨性。”房建成院士说据介绍，量子精密测量大科学装置的目标是引领国际。在2020年底之前，项目组将结合之江实验室新园区建设工作，开展关键技术研究平台搭建，完成装置的总体设计。到2023年，在条件设施更优化的新建实验室中继续优化提升指标，持续引领国际水平。

2023年5月25日，薄壁不锈钢焊缝（壁厚≤3.5mm）全壁厚穿透交流电磁场检测技术在某工程的应用申请获得了国家监管单位的正式批复，标志着中国核电工程有限公司牵头研发、国际首创的数字化无损检测技术取得重要突破。交流电磁场检测（Alternating current field measurement，简称ACFM）是一种新型表面和近表面的电磁无损检测技术，原理是激励线圈在工件中感应出均变电流，感应电流在焊接缺陷和腐蚀等位置产生扰动，利用传感器测量电场扰动引起的空间磁场畸变信号，从而实现缺陷的检测与评估。为解决工程射线检测数量多、需占用专门时间和空间窗口、辐射安全风险大的问题，中国核电工程有限公司依托自主科研，联合中国核工业二三建设有限公司、中国石油大学（华东）开展深度设计施工融合，从2021年4月起，项目团队相继实现了高灵敏度隧道磁阻检测探头、微缺陷梯度算法识别等软硬件关键技术突破，完成了检测系统集成、仿真和工艺研究、缺陷检出率分析、模拟验证和现场验证，形成了系列自主知识产权，并在积极布局海外专利、行业及国家标准。在研发的过程中，中国核电工程有限公司牵头组织了十余次的专项汇报和权威专家评审，来自中国特种设备检测研究院、中国核工业集团有限公司科技委、中国核动力研究设计院、中核武汉核电运行技术股份有限公司、国核电站运行服务技术有限公司、中广核检测技术有限公司、中核建中核燃料元件有限公司、哈尔滨焊接研究所、南昌航空大学等单位的国内行业权威专家多次对项目给予指导和建议。在工程推广的过程中,公司也组织了ACFM技术有效性第三方评估和ACFM人员专项培训和取证，监管部门和业主单位给予了大力支持。在工程实际中,中国核电工程有限公司与中核二三组织进行了近4000道焊口的局部试应用。从应用情况看，研发的ACFM技术具有不低于射线检测的检出能力，效率是RT的3倍以上、人力成本可降低70%以上，并可实现同步施工、无辐射安全风险，该良好反馈为ACFM最终全面落地打通了最后“一公里”。薄壁不锈钢焊缝全壁厚穿透交流电磁场检测技术获得国家监管单位批准，将极大推动此项技术的应用，有力地保证工程建设周期，并有可能带来核工程薄壁结构无损检测领域的一场变革。

拓扑缘体，顾名思义是缘的，有趣的是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是拓扑缘体的特性质。近期，理论预测存在的拓扑缘体在实验上被证实存在于二维与三维材料中，引起了科研界的大量关注。通常二维电子气体系中存在着量子霍尔效应，实验中观测到了手性边界态存在于材料的边界。在三维体材料的拓扑缘体中实验上可观测到反常量子霍尔效应。K. Yasuda, Y. Tokura等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜attoMFM在0.5K温度与0.015T磁场环境下，证实了拓扑缘体磁畴壁的手性边界态的可调控性能，不同于之前实验上观测到的拓扑缘体中自然形成随机分布的磁畴中的手性边界态。Y. Tokura等人基于Cr-掺杂 (Bi1-ySby)2Te3制备了拓扑缘体薄膜，基底是InP（如图1C）。图1D为在0.5K低温下使用MFM测量的材料中的磁畴分布，可以清晰看到自然形成的随机分布的大小与形貌不一的磁畴。通过使用MFM磁性探针的针在0.015T的磁场环境下扫描样品区域成功实现了对材料磁畴的调控。图1F为调控后样品的磁畴情况，被探针扫描过的区域，磁畴方向保持一致。图1： A&B 拓扑缘体磁畴调控示意图；C 拓扑缘体材料结构；D attoMFM实验观测自然形成多个磁畴； E&F MFM探针调控磁畴该拓扑缘体磁畴反转的性能随磁场大小变化的结果也被仔细研究。通过缓慢改变磁场，不同磁场下拓扑缘体样品的磁畴方向可清楚地被证实发生了反转（见图2）。通过观察，随机分布气泡状磁畴（0.06T磁场附近）一般的大小在200纳米左右。图2： A 霍尔器件电测量结果；B attoMFM观测不同磁场下拓扑缘体的磁畴情况不仅通过attoMFM直观观测分析磁畴手性边界态调控，电学输运结果也证实手性边界态的调控。图3为在温度0.5K的时候，拓扑缘体电学器件以及相应的电学测量数据。数据表明，霍尔电阻可被调控为是正负h/e2的数值，证实了不同磁畴的手性边界态的调控被实现。作者预见，该实验结果对于低消耗功率自旋电子器件的研究提供了一种可能的途径。图3：拓扑缘体制备器件反常量子霍尔效应结果证实磁畴手性边界态调控图4：拓扑缘体磁畴手性边界态调控相关设备—低温强磁场原子力磁力显微镜 低温强磁场原子力磁力显微镜attoAFM/MFM主要技术特点：-温度范围：mK...300 K-磁场范围：0...12T (取决于磁体)-样品定位范围：5×5×5 mm3-扫描范围: 50×50 μ㎡@300 K, 30×30μ㎡@4 K -商业化探针-可升PFM, ct-AFM, SHPM, CFM等功能 参考文献：“Quantized chiral edge conduction on domain walls of a magnetic topological insulator” K. Yasuda, Y. Tokura et al, Science 358, 1311–1314 (2017) 相关产品及链接：1、低温强磁场原子力/磁力/扫描霍尔显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159542.htm2、低温强磁场无液氦扫描探针显微镜系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C273802.htm

从环境方面来讲，低温、强磁场环境是研究量子现象、超导电性、超流体行为以及凝聚态物理等众多前沿科学领域必不可少的条件，能够让物质展现出常规状态下无法观察到的独特性质，无论对于基础研究还是应用，低温、磁场都是非常重要的实验条件。从时间尺度来讲，自然物质世界的时间尺度跨越极大，范围从1018s的宇宙年龄到10-24s的核子运动特征周期，微观尺度上超快动力学过程的累积与演化决定了物质的宏观特性。随着科学研究的不断深入，对基本物理规律的研究决定了未来最前沿的技术发展。各国的科学家运用低温、强磁场、超快研究手段在二维材料、半导体、金刚石色心、量子信息等领域取得了丰硕的科研成果。然而，低温、强磁场、超快这三种技术都需要花费较大精力去实现，要将这三种实验条件同时实现则更加困难。但值得欣慰的是，这一困难将被解决。Quantum Design中国致力于解决低温、强磁场、超快等领域中繁琐的实验痛点，不断寻求探索前沿的测量技术，已为中国科研用户提供了长达20年优质的产品及服务，成为了全球诸多优质科研仪器厂家在中国的战略合作伙伴。通过整合所销售的多种科研设备，以及与国内多个知名技术团队的合作，Quantum Design中国已经可以为中国科研用户提供多种整体化解决方案。1、突破性的全共线多功能超快光谱仪全共线多功能超快光谱仪-BIGFOOT是源于美国密歇根大学的MONSTR Sense Technologies公司经过多年潜心研制的一款全新超快光谱仪，采用突破性技术，真正实现了一套设备、一束激光、多种功能。全共线多功能超快光谱仪不仅兼具共振和非共振超快光谱探测，还可以兼容瞬态吸收光谱、相干拉曼光谱、多维相干光谱探测。开创性的全共线光路设计（专利认证：No. US 11467031 B2），使其可以与该公司开发的高精度激光扫描显微镜（NESSIE）联用，实现超高分辨超快光谱显微成像。全共线多功能超快光谱仪的开发也充分考虑了用户的使用体验，系统软件可自动调控参数，光路自动对齐、无需校正等特点都使得它简单易用。目前全共线多功能超快光谱仪已经广泛应用于瞬态吸收光谱TAS、相干拉曼光谱ISRS、多维相干光谱MDCS等多个研究方向。全共线多功能超快光谱仪单层MoSe2在不同栅极电压下的单量子重相位振幅谱*1二维材料中激子相互作用和耦合的成像研究*22、创新的低温强磁场平台Quantum Design公司具有超过40年的优质低温设备生产经验，所生产的低温强磁场设备几乎遍布全球各个知名实验室。新研发的超精准全开放强磁场低温光学系统—OptiCool具有创新的设计方案。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个顶部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔。底部窗口选件可满足光路平行于磁场的透射方案。高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。该平台一经发布就受到全球科学家的广泛关注，目前该设备已经应用在低温拉曼&荧光、低温MOKE、低温超快泵浦测量、低温近场光学等多个领域。OptiCool时间分辨的MOKE测量光路示意图*33、多样化的低温平台Montana Instruments超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvanceTM该系统是采用新的性能标准和架构而生产的新一代标准化产品，可使用通用型的光学桌面进行固定，使用方便。采用减震技术和特殊温度稳定技术，在不牺牲任何便捷性的同时，为实验提供的温度稳定性和超低振动环境。如今CryoAdvance系列产品具有多种型号、配置、选件与配件可选，能够满足每个研究人员的特殊需求。超精细多功能无液氦低温光学系统超级振动稳定性：样品台振动的峰-峰值5nm，优异的温度性能：最低温度3.2K，Cool down时间＜2.5小时。光学窗口：5个光学窗口，顶部1个，侧面4个，特殊窗口可定制。电学通道：20条集成直流通道同位素碳化硅中单个核自旋的纠缠和控制*4Janis低温恒温器系列Quantum Design 的合作伙伴Lake Shore Cryotronics, Inc.在收购低温设备制造领域的领先企业Janis后可以提供更多种类的低温恒温器，以满足客户的各种低温实验需求。根据制冷方式的不同可以分为消耗制冷剂（液氦或液氮）型低温恒温器及无液氦闭循环制冷低温恒温器，最低温度至1.5 K，最高温度可至800 K，大范围的样品温度能适用于各种科研实验。根据不同需求，可以选择样品处于真空环境或交换气体环境中。 该系列恒温器以其超高的性价比，丰富的型号，已经广泛应用于全球各类型的实验室中。Janis低温恒温器系列 4、整体化的解决方案针对不同领域科研用户的具体需求，为了避免用户将大量精力花费在实验装置搭建上，整体化的实验解决方案显得尤为重要。Quantum Design中国多年来始终致力于整合优势资源为用户解决科研难题。近期针对用户在实验方面遇到的实际困难，Quantum Design中国联合多领域科学技术人员将全共线多功能超快光谱仪与超精准全开放强磁场低温光学系统以及多种低温恒温器相结合，提出了整体化的低温强磁场超快光学测量方案。该整体化测量方案的提出正式将设备供应商从提供不同厂家生产的单一实验装置，向结合全球优质科研仪器为用户提供整体化解决方案的转变。目前Quantum Design中国已经可以向国内用户提供的实验解决方案有，低温强磁场拉曼&荧光、低温强磁场MOKE&RMCD、低温强磁场二次谐波。此次推出的多功能低温强磁场超快光学测量方案为低温光学测量补上了重要一环。Quantum Design中国以遍布全球的优秀设备制造商为基础，与多个科研领域的科研技术人员密切合作，整合多方面的优质资源，全力打造的多功能低温强磁场超快光学测量系统必能在低温光学领域做出卓越的贡献，帮助中国科学家再攀高峰。超精准全开放强磁场低温光学系统部分用户发表文章1. Dapolito, M. et al., Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene. Nature Nanotechnology (2023).2. R. Xiong et al., Correlated Insulator of Excitons in WSe2/WS2 Moiré Superlattices. Science 380, 860 (2023).3. S. Xu et al., Magnetoelectric Coupling in Multiferroics Probed by Optical Second Harmonic Generation. Nat Commun 14, (2023).4. J.-X. Qiu et al., Axion Optical Induction of Antiferromagnetic Order. Nat. Mater. (2023).5. Y.-F. Zhao et al., Creation of Chiral Interface Channels for Quantized Transport in Magnetic Topological Insulator Multilayer Heterostructures. Nat Commun 14, (2023).6. J. Nelson et al., Layer-Dependent Optically Induced Spin Polarization in InSe. Phys. Rev. B 107, (2023).7. H. Padmanabhan et al., Large Exchange Coupling Between Localized Spins and Topological Bands in MnBi2Te4. Advanced Materials 34, 2202841 (2022).8. M. H. Naik et al., Intralayer charge-transfer moiré excitons in van der Waals Superlattices. Nature. 609 (2022), pp. 52–57.9. Z. Zhang et al., Correlated interlayer exciton insulator in heterostructures of monolayer WSe2 and moiré WS2/WSe2. Nat. Phys. (2022).10. G. Mayonado, et al., High-Symmetry Anthradithiophene Molecular Packing Motifs Promote Thermally Activated Singlet Fission. J. Phys. Chem. C. 126 (2022), pp. 4433–4445.11. J. Cenker et al., Reversible strain-induced magnetic phase transition in a van der Waals magnet. Nat. Nanotechnolgy 17 (2022), pp. 256–261.12. H. Padmanabhan, et al., Interlayer magnetophononic coupling in MnBi2Te4. Nat Commun. 13 (2022).13. T. Song et al., Spin photovoltaic effect in magnetic van der Waals heterostructures. Sci. Adv. 7 (2021).14. Y. Jia et al., Evidence for a monolayer excitonic insulator. Nat. Phys. 18 (2021), pp. 87–93.15. D. J. Lovinger et al., Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferrimagnetic insulator GdTiO3. Phys. Rev. B. 102 (2020). 全共线多功能超快光谱仪部分用户发表文章1. T. L. Purz et al., Coherent exciton-exciton interactions and exciton dynamics in a MoSe2/WSe2 heterostructure. Physical Review B 104, (2021).2. E. W. Martin et al., Encapsulation Narrows and Preserves the Excitonic Homogeneous Linewidth of Exfoliated Monolayer MoSe2. Physical Review Applied 14, (2020).3. K. M. Bates et al., Using silicon-vacancy centers in diamond to probe the full strain tensor. Journal of Applied Physics 130, 024301 (2021).4. C. L. Smallwood et al., Hidden Silicon-Vacancy Centers in Diamond. Phys Rev Lett 126, 213601 (2021).5. E. W. Martin, S. T. Cundiff, Inducing coherent quantum dot interactions. Physical Review B 97, (2018).6. T. M. Autry et al., Excitation Ladder of Cavity Polaritons. Phys Rev Lett 125, 067403 (2020).7. T. L. Purz et al., Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides. J Chem Phys 156, 214704 (2022).8. T. L. Purz, B. T. Hipsley, E. W. Martin, R. Ulbricht, S. T. Cundiff, Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022).【参考文献】*1. Di HUANG, et al Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)*2. Eric Martin, et al Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022)*3. D. J. Lovinger et al., Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferrimagnetic insulator GdTiO3. Phys. Rev. B. 102 (2020)*4. Alexandre Bourassa et al, Entanglement and control of single nuclear spins in isotopically engineered silicon carbide, Nature Materials 19, 1319–1325(2020)

10月下旬，国家发展改革委正式批复“十四五”国家重大科技基础设施脉冲强磁场实验装置优化提升项目的投资概算。至此，该项目已先后获得可行性研究报告、初步设计方案和投资概算批复等，完成全部审批流程，即将在华中科技大学动工建设。此次批复的脉冲强磁场实验装置优化提升项目是在“十一五”国家重大科技基础设施脉冲强磁场实验装置基础上的升级改造。作为前期建设成效好、性价比高的综合交叉平台，脉冲强磁场优化提升设施成功入选“十四五”国家重大科技基础设施建设规划，是全国仅有的两个优化提升项目之一。华中科技大学李亮教授也成为“十一五”和“十四五”先后两个国家重大科技基础设施项目负责人。根据国家发改委批复，脉冲强磁场实验装置优化提升项目总投资20.96亿元，建筑面积4.7万平方米，建设期5年。项目将围绕物质科学、生命科学、强电磁工程科学等领域重大科学问题和国家战略需求，建设110T超强磁场、70T平顶脉冲磁场和9.5T超导脉冲复合磁场，10类实验测试系统以及设施支撑基础平台。项目法人单位为华中科技大学，参建单位包括中国科学院电工研究所、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、北京大学、复旦大学和南京大学。脉冲强磁场实验装置于2008年开工，2013年建成，2014年正式对外开放运行，已累计运行82521小时，创造了64T脉冲平顶磁场等多项脉冲磁场参数世界纪录，为北京大学、清华大学、哈佛大学、剑桥大学等126个国内外科研单位提供科学研究服务1828项，取得了包括发现对数周期量子振荡等系列重要成果。脉冲强磁场实验装置的建成，填补了国内超高磁场实验条件的空白，满足我国科学家对强磁场实验条件日益迫切的需求，先后获2018年湖北省科技进步特等奖和2019年国家科技奖进步一等奖。随着现代科学技术发展，科学研究对脉冲强磁场实验装置的综合性能指标、实验测试手段、面向的研究领域等提出更高的需求，在广泛征求用户意见和需求调研基础上，华中科技大学启动了脉冲强磁场实验装置优化提升项目建设，将在“十一五”脉冲强磁场实验装置基础上，全面提升磁场参数、丰富测量手段、拓展研究领域，为多学科交叉研究提供公共开放的极端实验条件，支撑前沿基础科学研究领域持续产出重大原始创新成果，建成全球规模最大、最具国际影响力的脉冲强磁场科学中心。

2018年2月,美国Quantum Design公司发布了新一代超全开放强磁场低温光学研究平台——OptiCool。OptiCool采用创新型设计，样品腔拥有8个窗口，允许光从各个方向照射到样品上。高度集成式的低温、磁体设计使OptiCool可以方便的放置在实验光路的核心部位。低温光学的未来已经到来！ 图1 超全开放强磁场低温光学研究平台——OptiCool“我们的科研团队将低温光学设备的性能提高到了不可思议的程度”，Quantum Design席技术官Dr. Stefano Spagna 先生骄傲地介绍了创新性磁体设计和振动隔离上的两项新。创新性锥形劈裂磁体能够实现超大均匀磁场和超大孔径，特的振动隔离技术将样品的震动降到了低。这两项技术使OptiCool光学平台性能更加稳定、操作更为方便，这将为低温光学实验提供更多可能性。超全开放强磁场低温光学研究平台——OptiCool技术特点 全干式系统：脉冲管制冷机制冷 完全无需液氦 磁场强度：±7T 控温：1.7K~350K全温区控温 样品降温时间： 室温到4k 约2小时 超低震动：10nm 水平 峰-峰值 4nm 竖直 峰-峰值 超大空间：Φ89mm×84mm 8个光学窗口： 7个侧面光学窗口 (NA 0.11) 1个部光学窗口 (NA 0.7) 新型磁体：锥型劈裂磁体特设计，同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求，有效缩短了样品与光学窗口的距离，满足近工作距离要求。 磁场均匀度：±0.03%（1厘米球） ±0.5%（3厘米球） 图2 OptiCool样品腔实物图 图3 OptiCool样品腔结构图早在2016年初，针对市场上缺乏令人满意的强磁场低温光学设备这一现状，Quantum Design 就精心挑选具有多年低温光学研究经验的技术工程师成立了Q-Works精英团队。Q-Works走访了国际知名的大学和实验室，对科研需求进行深入调研并认真总结，通过对设计方案的不断完善，Q-Works终于不负厚望，成功研制出了全新一代的强磁场低温光学研究平台——OptiCool。OptiCool的设计理念是让样品在获得低温和强磁场的同时能够像室温样品一样满足各种测量的光路要求。在人们惊艳于OptiCool巧夺天工的设计时，Q-Works始终没有忘记设计该产品的初衷，设备做到大繁若简才是至高的追求。OptiCool颠覆了以往人们心目中强磁场低温光学设备的概念，以全新的高度来审视低温光学实验，同时让人们认识到性能更好、方便易用才是低温光学设备的未来。 OptiCool平台的推出，将为强磁场低温光学领域提供无限可能。超全开放强磁场低温光学研究平台——OptiCool重要应用领域 量子光学 低温拉曼 光致发光 紫外/红外反射&吸收 傅里叶红外光谱 NV色心、空位荧光 纳米磁学 低温高压 MOKE/低温MOKE 自旋电子学 Quantum Deign中国子公司将于2018年4月17日-20日在河南师范大学召开的十六届低温物理学术会议上正式在中国市场推出超全开放强磁场低温光学研究平台——OptiCool，届时欢迎大家莅临Quantum Design中国子公司展台了解产品详情。展台处还有OptiCool样机展示及精美礼品赠送，期待与您相会！同时您也可以通过访问官方网站（www.qd-china.com）、关注微信公众平台（QuantumDesign），或致电（010-85120280）了解更多OptiCool产品详情。致敬低温光学，未来已来，你来不来？相关产品及链接：1、超全开放强磁场低温光学研究平台--OptiCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C283786.htm 2、完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm3、MPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17089.htm

1月19日，由两院院士评选的2015年度中国/十大科技进展在北京揭晓。中国科学技术大学合肥微尺度物质科学实验室潘建伟、陆朝阳等完成的“多自由度量子隐形传态”研究成果名列2015年度中国十大科技进展之。该成果同时也被英国物理学会（Institute of Physics）新闻网站《物理》（Physics World）评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之榜（“Breakthrough of the Year”）。陆朝阳（左）和潘建伟（右）获得2015年度国际物理学领域重大突破（图片转自Physics World） 2015年2月，《自然》杂志以封面标题的形式发表了中国科大团队在国际上次实现多自由度量子体系的隐形传态这一研究成果。这项工作打破了国际学术界从1997年以来只能传输基本粒子单一自由度的局限，为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。国际量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期《自然》撰文评论：“该实验实现为理解和展示量子物理的一个深远和令人费解的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。陆朝阳在attoCFM安装现场 利用德国attocube公司的低温强磁场无液氦CFM系统，科学家次揭示了由二维单层材料形成的单量子发射器行为和特点，偏振实验和磁光研究表明该类单量子发射器零场劈裂能0.71meV，激子g因子为8.7，这些结果为开发二维半导体光量子器件指明新的研究思路和方向。（图片转自Nature NanoTechnology 10,497-502（2015））相关产品无液氦低温强磁场共聚焦显微镜 - attoCFM系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=270低温强磁场原子力/磁力/扫描霍尔显微镜 ：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=271低温强磁场纳米精度位移台：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=272 关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

重大的科学突破往往是由新技术和仪器实现的。一种新型的近场光学显微镜，在极端温度和磁场下具有高分辨率成像，可以为量子计算技术和拓扑研究做到这一点。Kim等人提出了一种sub-2开尔文低温磁赫兹散射型扫描近场光学显微镜（cm-THz-sSNOM）。太赫兹sSNOM成像使用照射在小金属尖端上的300微米波长光在纳米尺度上绘制材料，允许以深亚波长，20纳米空间精度测量局部材料特性 - 比所用光的波长小15，000倍。经过几年的努力，研究人员能够展示出一种改进的sSNOM平台，该平台在极端操作条件下具有无与伦比的分辨率能力。“我们在空间，时间和能量方面提高了分辨率，”作者Jigang Wang说。“我们还同时改进了在极低温度和高磁场下的操作。显微镜是通过测量超导体和拓扑半金属来展示的。结果显示了在1特斯拉磁场中9.5开尔文的第一个高分辨率sSNOM图像。显微镜可以帮助开发具有更长相干时间的新量子比特 - 目前受到材料和界面缺陷的限制 - 并提高对拓扑材料基本性质的理解。“重要的是成像到十亿分之一米，千万亿分之一秒和每秒数万亿个光波，以便能够选择更好的材料并指导量子和拓扑电路的制造，”王说。尽管显微镜已经展示了破纪录的测量结果，但研究人员的目标是通过提高灵敏度并使SUV大小的显微镜更加用户友好来进一步改进仪器。相关文章：“A sub-2 kelvin cryogenic magneto-terahertz scattering-type scanning near-field optical microscope (cm-THz-sSNOM),” by R. H. J. Kim, J.-M. Park, S. J. Haeuser, L. Luo, and J. Wang, Review of Scientific Instruments (2023). The article can be accessed at https://doi.org/10.1063/5.0130680.文章展示了研究人员开发的一种多功能近场显微镜平台，可以在高磁场和液氦温度以下工作。研究人员使用该平台演示了极端太赫兹（THz）纳米显微镜的操作，并在低至1.8 K的温度、高达5 T的磁场和0–2 THz的操作下获得了第一个低温磁太赫兹时域纳米光谱/成像。低温磁太赫兹散射型扫描近场光学显微镜（或cm THz-sSNOM）仪器由三个主要设备组成：（i）带有定制插件的5T分对磁低温恒温器，（ii）能够接受超快THz激发的定制sSNOM仪器，以及（iii）MHz重复率，用于宽带太赫兹脉冲产生和灵敏检测的飞秒激光放大器。应用cm THz sSNOM来获得超导体和拓扑半金属的原理测量证明。这些新能力为研究需要极端低温操作环境和/或在纳米空间、飞秒时间和太赫兹能量尺度上施加磁场的量子材料提供了突破。

——量子化输运手性界面通道的建立在两个具有不同陈数的量子反常霍尔（QAH）绝缘体的边界处可以产生一维手性界面通道，这样的QAH异质结可以在零磁场下用作手性边缘电流分配器，这些通道可以对边界电流无耗散传输，但是要真正实现这个目标仍然面临诸多挑战。鉴于此，来自宾夕法尼亚州立大学物理系的常翠祖研究组与来自华盛顿大学的徐晓栋研究组通过采用原位机械掩模，使用分子束外延技术合成了QAH绝缘体一维异质结，并观察到在零磁场下磁畴壁处出现了量子化输运性质，证实了在零磁场下沿着磁畴壁出现两个平行传播的手性界面通道。对于陈数为1和2的异质结，通过定量化输运性质的测量表明，在界面处出现了单个手性界面通道。研究结果以“Creation of chiral interface channels for quantized transport in magnetic topological insulator multilayer heterostructures”为题发表在Nature Communication上。该工作为实现更高效、更稳定的电子传输和信息处理提供了新思路，为基于QAH绝缘体的电子和自旋电子器件以及拓扑手性网络的发展奠定了基础。不同陈数异质结示意图，以及RMCD和电学输运测量结果该项工作中在2.5开尔文的低温环境下对样品进行了高质量的微区RMCD测量，该测量是在超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool中实现的。OptiCool是Quantum Design公司为高质量的低温光学测量研发的超稳定强磁场低温系统。系统采用全干式设计，无需液氦，全自动软件控制可实现一键变温、一键变场，具有大磁场均匀区、超低振动、大数值孔径、温度稳定性高等诸多优点，已成为高精度低温光学测量的重要设备。目前全球已有数十套OptiCool系统工作在国内外的先进实验室中，并帮助用户取得了高质量的科研成果。低温光学相关产品介绍超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCoolOptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超精准全开放强磁场低温光学研究平台。该平台拥有3.8英寸超大样品腔、8个光学窗口（7个侧面窗口、1个顶部超大窗口）以及高达±7T的磁场。高度集成式的设计让样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。为满足不同条件下的低温强磁场研究，近期OptiCool又增加了诸多新选件，进一步丰富了OptiCool的功能，可以方便的应用于高压光谱和各种波长的光谱研究。超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCoolOptiCool技术特点：&blacksquare 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。&blacksquare 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个顶部窗口&blacksquare 超大磁场：±7T&blacksquare 超低震动：10 nm 峰-峰值&blacksquare 超大空间：Φ89 mm×84 mm&blacksquare 精准控温：1.7K~350K全温区精准控温&blacksquare 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求&blacksquare 近工作距离选件：可选3 mm工作距离窗口，增透膜可选New&blacksquare ZnSe窗口可用于中红外研究New&blacksquare 气路选件：系统可以集成气路，便于使用气膜高压腔进行高压光学测量New&blacksquare 集成物镜：集成真空物镜、低温物镜、用户自定义物镜New&blacksquare 控制柜电隔离：为确保微弱信号样品的电学测量，避免信号微扰的可能性New&blacksquare 样品移动：可集成低温位移器New&blacksquare 光纤选件：系统可集成光纤通道New&blacksquare 底部窗口选件：可实现样品腔底部窗口，方面进行纵向的透射光学实验New超精细多功能无液氦低温光学系统Montana Instruments推出的新一代超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvance，是基于新的模块化设计架构的新一代标准化产品。该系统采用特殊减振技术和温度稳定技术，在不牺牲任何便捷性的同时，为实验提供超高温度稳定性和超低振动环境。CryoAdvance系列产品具有多种型号、配置、选件与配件可选，能够满足每个研究人员的独特需求。Montana超精细多功能无液氦低温光学系统CryoAdvance技术特点：&blacksquare 自动控制：智能触摸屏系统，“一键式操作”，实时显示温度、稳定性、真空度等多种指标。&blacksquare 模块化设计：多种配置可选，快速满足各种实验需求，后续升级简单。&blacksquare 多通道设计：基本配置已包含光学窗口+直流电学+高频电学通道。&blacksquare 稳定性设计：新设计在变温和振动稳定性上进一步优化。&blacksquare 最低温度：3.2K&blacksquare 震动稳定性：5 nm（峰-峰值）&blacksquare 降温时间： 300K-4.2K~2小时&blacksquare 样品腔空间：Φ53 mm ×100 mm&blacksquare 光学窗口：5个光学窗口，可选光纤引入mk级低温光学系统-S Type Optical德国kiutra公司生产的绝热去磁低温设备以全干式闭环制冷机为基础，通过绝热去磁制冷技术轻松获得低于1K的极低温。kiutra绝热去磁低温设备可以实现100 mK的单程冷却和300 mK的不间断持续制冷。mK级低温光学系统是为光学实验设计的紧凑型绝热去磁制冷系统，该系统在有限的体积下实现了1K温度、自动控制、光学引入三方面的组合，适用于需要简单快速对样品进行操作的各种低温实验和应用。S-type 光学型超稳定极低温系统S Type Optical技术特点：&blacksquare 连续模式下的温度范围：300mK-300K&blacksquare 超低振动：＜100nm（峰峰值）&blacksquare 全干式制冷，无需液氦，无需He3气体&blacksquare 磁场选件：样品区域磁场3T&blacksquare 光学孔径：＞20 mm 【参考文献】[1]. Zhao, YF., Zhang. et al. Creation of chiral interface channels for quantized transport in magnetic topological insulator multilayer heterostructures. Nat Commun 14, 770 (2023).

近日，中国电科9所突破从器件设计到材料制备等多项关键技术，研制出高性能的MEMS磁通门传感器。MEMS磁通门传感器作为一种高精度弱磁场传感器，能够感应到外界微弱的直流或低频磁场，被广泛应用于定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域，且长期以来依赖进口。为填补该领域技术空白，9所技术团队瞄准微型化集成、薄膜磁心材料、MEMS制备工艺、测试优化方案等方面，持续创新突破，成功研制高性能MEMS磁通门传感器。未来，技术团队将进一步优化其结构、制作工艺、磁心材料、电路匹配，使MEMS磁通门传感器不仅能满足各种场合对小尺寸、高精度、低功耗、高鲁棒性等的要求，还可以满足高集成度、高匹配性、低成本的要求，为各领域的磁测量提供新的解决方案。九所首条自主研发的自动化生产线全面投产使用

古地磁学图片来源：摄图网古地磁学是一门介于地质学、物理学、地球物理学之间的交叉学科。古地磁学一般通过测定岩石或古文物的天然剩余磁化强度，研究地质时期地球磁场方向、强度、行星发动及其演化规律。岩石是天然矿物的结合体，其剩余磁性一般来自于岩石中的铁磁矿物，包含原生剩磁和次生剩磁。所谓原生剩磁指的是岩石形成时记录的地磁场信息。与之相对的，在岩石形成后得到的剩余磁性叫做次生剩磁，如岩石在外磁场的作用下（如自然雷电击中、流水风沙侵蚀）获得的剩磁。由于古地磁学研究的是岩石形成时地磁场的特征，故必须以准确地测量原生剩磁为先决条件。目前，岩石磁性是通过测量毫米到厘米大小的大块样品的净磁矩来分析的。目前常见的科学分析仪器有超导岩石仪、振动样品磁力仪等。然而，在亚微米尺度上，地质样品通常在矿物学和质地上都是不均匀的，只有小部分铁磁颗粒携带的剩余磁化。因此，在这种情况下表征岩石磁性需要一种能够在纳米空间尺度上成像磁场并具有高灵敏度的技术。例如，正广泛应用的扫描超导显微镜（SQUID）、磁阻显微镜、霍尔显微镜等。量子精密测量技术在古地磁研究中的应用（a）哈佛大学量子钻石显微镜（b）测量地质样品中的剩余磁化。（Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(8):3254-3267）2011年，科研工作者们证实了金刚石中的氮-空位色心（简称NV色心）可以用于亚微米尺度上的磁成像。2017年，哈佛大学R.L.Walsworth等人利用自搭的基于NV色心的量子钻石显微镜，实现了岩石磁场的成像，其指标空间分辨率为5 um、视场范围为4 mm。通过减少金刚石与样品之间的距离（≤10 um）,实现磁矩灵敏度10-16 Am2，这一指标可媲美乃至超越SQUID、磁阻显微镜、霍尔显微镜等主流设备。此外，量子钻石显微镜还具有光学成像功能和成像速度快的优势。 可见，在地质、磁陨石的探测分析中，量子钻石显微镜展现出了巨大的应用潜力，为弱磁成像开辟了新的道路。随着人类对月球、火星等深空领域的不断探索，量子钻石显微镜也将应用于月岩、火星岩石的表征分析中。（a）量子钻石显微镜结构示意图（b）金刚石放置于样品上（Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(8):3254-3267.）量子钻石显微镜的大致构造如上图（a）所示。整个探头部分置于三维的亥姆霍兹线圈中，其作用是施加外磁场使得金刚石内NV色心能级退简并。实验过程中金刚石紧贴于岩石样品表面，如上图（b）所示。下面简述量子钻石显微镜的工作原理。首先利用激光聚焦实现金刚石内NV色心量子态的初始化。然后扫描输入微波的频率，并通过辐射天线作用到NV色心上。当微波频率与NV色心能级共振时，NV色心的ms=±1态与ms=0态布居数反转，荧光强度下降。在成像区域内随微波频率变化的荧光信号经物镜收集后由收集光路成像到sCMOS相机上。在实验中通过sCMOS相机设定成像区域为M×N个像素点，每次进行图片采集相当于M×N个像素点同时进行荧光信号探测。在所有频点数据采集完成后，即得到完整的光探测磁共振谱（简称ODMR谱），通过相应的数据运算把每个像素点的磁场强度解算出来。最后把每个像素点的位置与磁场强度对应起来，用颜色区分各个像素点的磁场强度，实现二维磁场成像。国仪量子——量子钻石显微镜国仪量子推出的量子钻石显微镜2022年，国仪量子自主研制的“量子钻石显微镜”面向全球发布，这是一款基于金刚石NV色心技术的、先进的商用量子精密测量仪器，具有高空间分辨率、大视野、成像速度快等优势，有望在古地磁领域产生新的科学增长点。同时，在半导体、材料科学、细胞磁学、体外诊断等多个领域也具有广阔的应用前景。

项目编号：BMCC-ZC22-0255项目名称：北京大学极低温强磁场扫描隧道显微镜采购预算金额：680.0000000 万元（人民币）采购需求：包号名称数量预算金额是否接受进口产品01极低温强磁场扫描隧道显微镜1套680万元是注：1.交货时间：合同签订后390日内交货并安装完毕。2.交货地点：北京大学用户指定地点。3.简要技术需求及用途：通过将射频、微波等高频信号与极端条件下的原子扫描探针相耦合，发展融合扫描隧道显微学和量子相干操控技术的新型仪器，从而有能力对单原子、单分子级自旋态进行相干操控，同时探索对电子核量子态、分子振动态等单量子态的极限探测和操控。 合同履行期限：按招标文件要求。本项目( 不接受 )联合体投标。

1月6日，《自然》杂志以封面文章形式发表了被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）的最新成果。在该成果中，中国科学院国家天文台研究员李菂等领导的国际合作团队，通过FAST平台，采用原创的中性氢窄线自吸收方法，首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。研究发现，星际介质具有连贯性的磁场结构，异于标准模型预测，为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。《中国科学报》了解到，这是FAST产出的系列重大成果之一。自2020年1月11日通过国家验收至今，FAST已运行近两周年。基于超高灵敏度的明显优势，它已成为中低频射电天文领域的观天利器。《自然》杂志封面 中国科学院国家天文台供图又一重磅，挑战星际磁场标准模型磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用，过程复杂。“磁通量问题”是恒星形成经典三大问题之一，分子云的星际磁场强度测量是全球天文界的共同挑战。恒星诞生于分子云中，分子云中的致密区域发生塌缩，最终形成恒星。恒星磁场的标准模型认为，在恒星形成过程中，磁场和重力是相互抗衡的力量，在分子云密度高的地方，重力越大，磁场也越强。按照这一模型，重力和磁场不断拉扯，以至于恒星形成需要上千万年。测量分子云的星际磁场强度并不是件容易的事。目前，可用于测量磁场强度的唯一手段就是“塞曼效应”。1896年，荷兰物理学家塞曼发现，把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线会分裂成几条偏振化的谱线。根据光谱的变化，科学家就可以反推出磁场的强度。但是，探测分子云的塞曼效应难度很大。“分子和磁场的作用普遍非常弱，塞曼效应也非常弱。”李菂说。为更好地测量出星际磁场，李菂团队另辟蹊径，原创出一种通过测量氢原子的谱线来测量星际磁场的方法——中性氢窄线自吸收方法。“原子对磁场的响应会比分子强。氢原子是宇宙中丰度最高的元素，广泛存在于宇宙的不同时期，也是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。”李菂说。FAST为李菂等人提出的新方法创造了应用的机会。“FAST是探测暗弱中性氢源的利器。”李菂说。通过FAST，研究人员测量了L1544分子云包层的磁场强度，首次实现了原创的中性氢窄线自吸收方法塞曼效应的探测，也实现了利用原子辐射手段来探测分子云磁场的“从0到1”的突破。研究人员发现，与标准模型的预测结果不同，星际介质从恒星外围的冷中性气体到原恒星核，具有基本一致、连贯性的磁场结构。“由此，我们将恒星形成的时间从上千万年减少到百万年。”李菂说。这一研究成果引起了国际学者的关注。未参与此项研究的美国伊利诺伊大学教授理查德克鲁切尔评价：“通过观测中性氢窄线自吸收的塞曼效应，FAST首次揭示了在恒星形成的早期阶段，磁压不足以阻止引力收缩，这与恒星形成的标准理论不一致。这一发现对于理解恒星形成的天体物理过程至关重要，并显示了FAST在解决重大天体物理问题方面的潜力。”运行两年，FAST产出一系列大成果从2020年1月11日通过国家验收至今，两年来，FAST好消息频传。仅2021年，FAST就产出了不少重要成果。2021年10月14日，《自然》发表了FAST获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本的成果。快速射电暴（FRB）是宇宙中最明亮射电爆发现象，由于起源未知，它成为天文学研究的热点。国家天文台科研人员领导的国际合作团队，利用FAST对快速射电暴FRB121102进行观测，在约50天内探测到1652次爆发事件，获得迄今为止最大的快速射电暴爆发事件样本，超过此前本领域所有文章发表的爆发事件总和。这一成果还首次揭示出快速射电暴爆发率的完整能谱及其双峰结构。“FAST多科学目标巡天已经发现至少6例新快速射电暴，为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新领域的发展作出独特的贡献。”国家天文台副研究员王培说。2021年5月，《天文和天体物理学研究》发表了FAST持续发现毫秒脉冲星的成果。发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一，国家天文台研究员韩金林领导的FAST重大优先项目“银道面脉冲星快照巡天”在不到两年时间内，累计观测了约620个机时，完成了计划搜寻天区的8%。澳大利亚科学院院士曼彻斯特评价：“发现这么多脉冲星令人印象深刻”“发现如此众多毫秒脉冲星是一个显著的成就”。“截至目前，该项目新发现279颗脉冲星，其中65个为毫秒脉冲星，在双星系统中的有22颗。”韩金林说。2021年12月，《中国科学》以封面及编辑点评文章形式发表了FAST开展多波段合作观测的成果。在这项成果中，国家天文台科研人员领导的国际合作团队，将FAST与高能波段的重要空间天文设施——费米伽马射线天文台大视场望远镜（Fermi-LAT）相结合，进行天地一体化协同和后随观测，发现了多颗脉冲星。多波段合作观测不仅开启了FAST脉冲星搜索新方向，而且打开了研究脉冲星电磁辐射机制的新途径，为研究中子星星族演化和探测引力波提供了更多样本。面向未来，观天利器正摩拳擦掌FAST频繁产出大成果，与其运行效率和观测质量密不可分。“一年来，中科院深入贯彻落实习总书记重要指示精神，全力做好FAST的开放运行和科学研究工作，在第一时间就成立了FAST科学委员会、时间分配委员会、用户委员会，统筹规划科技方向，遴选重大项目，制定数据开放的政策，充分发挥FAST的科技效果，促进重大科技成果产出。”中科院副院长、党组成员周琪院士说。在体制机制的保障下，2021年，FAST的年观测时长超过5300小时，已远超国际同行预期的工作效率，为FAST科学产出起到重要支撑作用。“2021年，FAST一半的机时用于优先和重大科学项目，45%的时间用于自由申请的项目，10%的时间用于国际开放项目，5%的时间用于应急观测。”中科院院士、国家天文台研究员武向平说，“FAST正在考虑面向全国中小学生开放1%的观测时间，目前相关申请、遴选方法仍在讨论之中。”他介绍，FAST的优先科学目标包括研究快速射电暴的物理机制、搜寻脉冲星、利用脉冲星测时阵列探测引力波、通过21厘米中性氢辐射探测星系和宇宙大尺度结构。此外，FAST的另一使命是寻找地外文明，包括寻找第二地球、截获外星人通信以及寻找生命分子。2021年3月31日，FAST正式向全球开放共享，向天文学家征集观测申请。此次征集收到来自不同国家共7216小时的观测申请，最终14个国家（不含中国）的27份国际项目获得批准，并于2021年8月启动科学观测。“中国射电望远镜发展坚持走‘独立自主’与‘国际合作’的道路。”武向平说。关于未来，武向平表示，FAST将在快速射电暴起源与物理机制、中性氢宇宙研究、脉冲星搜寻与物理研究、脉冲星测时与低频引力波探测等方向，产出深化人类对宇宙认知的科学成果。相关论文信息：https://www.raa-journal.org/raa/index.php/raa/article/view/4877/6013https://doi.org/10.1038/s41586-021-04159-xhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03878-5https://doi.org/10.1007/s11433-021-1757-5